陈小华教授团队提出提高过渡金属氧化物锂离子电池负极材料首效的新思路

过渡金属氧化物在众多锂离子电池负极备选材料中具有较高的理论容量,自被报道以来便得到了广泛的关注；然而,其较低的首次库伦效率会严重消耗与其匹配的正极材料中的有效锂源，从而限制了该类负极材料在锂离子全电池方面的应用。目前，预锂化处理和碳材料复合是改善过渡金属氧化物负极材料低首效的有效途径，但这些方法存在制备困难的缺点，不利于大规模商业化应用。

近日，陈小华教授团队提出通过空间结构禁闭效应减少SEI膜生成的新思路。他们采用碳热还原方法，合成了一种密实的氧化亚钴纳米空心笼二次结构。该结构由形状、尺寸不一的纳米颗粒组成，具备合适的比表面积以及表面间隙。这样一种结构能够隔绝电解液进入空心笼内，但允许Li⁺ 进入，既充分利用活性物质，又降低了电极-电解液接触界面，减少SEI膜的产生，从而提高电极首次库伦效率（82.2% --- 电流密度0.1 A g^-1）。更重要的是，该方法和结构可以扩展到NiO和Fe₃O₄等其它过渡金属氧化物负极材料上，呈现出一定的普适性。青年千人刘继磊博士也作为合作者参与了此项工作。

该成果发表在国际学术期刊《ACS Applied Materials & Interface》（IF=7.5）上，题为“Compact-Nanobox Engineering of Transition Metal Oxides with Enhanced Initial Coulombic Efficiency for Lithium-Ion Battery Anodes”,文章链接为https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b19379，第一作者为博士生朱雁飞，第一通讯作者为陈小华教授，第二通讯作者为刘继磊博士。

图1. 氧化亚钴及其复合物的制备流程图

图2.循环后的氧化亚钴电极SEI分布情况图 

图3.SEI膜形成过程示意图