中國粉體網(wǎng)訊  伴隨高能耗電子設備及電動汽車產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，高能量、高功率、長續(xù)航鋰離子電池的開發(fā)已成為當前能源研究領域最具活力與挑戰(zhàn)性的熱點領域之一。電極材料是決定鋰離子電池性能的核心關鍵材料，基于石墨類負極材料與嵌鋰金屬氧化物正極材料的商業(yè)化鋰離子電池之能量密度僅能達到100-120 Wh kg-1左右，性能差強人意。因此，迫切需要發(fā)展能量密度數(shù)高、綜合使役性能優(yōu)異的新結構高性能鋰離子電池電極材料。

金屬氧化物儲鋰容量高、來源豐富，有望替代傳統(tǒng)的石墨類負極材料，但其導電性較差且有明顯的嵌鋰體積膨脹效應（~100-200%），導致電池的性能衰減，這極大限制了此類材料的實際應用。將金屬氧化物納米結構與具有優(yōu)良導電性的納米碳材料有機融合，是改善金屬氧化物導電性和結構穩(wěn)定性、穩(wěn)定電化學反應界面的有效途徑之一。但高比例低密度碳材料的引入也同時造成電池能量密度的降低。

金屬有機骨架化合物（MOF）是由有機配體與過渡金屬離子組裝而成的一類新型配位聚合物材料，其獨特的化學組成與結構使之成為構筑碳/金屬氧化物復合納米電極材料的理想組成與結構前驅體。

目前廣泛用以制備納米結構的MOF主要包括不同類型的ZIF、HKUST、MIL、普魯士藍類配合物等，獲得的材料化學組成較為單一，難以實現(xiàn)電化學性能的協(xié)同提高。針對這一難題，邱介山教授領銜的大連理工大學“能源材料化工”學術團隊基于多金屬中心的MOF前驅體，建立了一種多元摻雜碳/金屬氧化物復合納米電極材料的可控構筑新策略，提出基于多元協(xié)同共摻雜顯著改善碳/金屬氧化物負極材料儲鋰性能的新思路。以內含W、Mo、Cu、P等元素的NENU-5為納米結構模板與化學前驅體，基于有機配體的納米限域碳化與金屬中心離子的同步原位化學轉化過程，在具有優(yōu)異導電性的納米碳框架內共摻雜結構活性金屬氧化物固溶體、導電金屬納米顆粒及非金屬雜原子，利用活性金屬氧化物獲得高儲鋰容量，金屬氧化物固溶體結構改善鋰離子傳輸動力學，導電金屬顆粒鑲嵌的三維納米碳框架增強材料整體導電性與結構穩(wěn)定性，非金屬雜原子引入結構缺陷活性位，高比例重金屬原子提高體系密度，這些因素的協(xié)同作用，實現(xiàn)了碳/金屬氧化物納米電極材料質量比容量、體積比容量、倍率性能與循環(huán)壽命的大幅度綜合提升。

磷摻雜碳包覆MoxW1-xO2/Cu納米復合電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能，在2-5 A g-1高倍率條件下穩(wěn)定循環(huán)2000次后容量損失率僅為0.043%每次，體積比容量可達1930-2390 mAh cm-3，是石墨類負極材料的2-3倍，可與Si、Sn基負極材料媲美。

此項研究為新結構高性能MOF基電極材料的創(chuàng)制提供了新的思路，有可能用于光電化學催化、超級電容器、太陽能電池等其他領域。