中國粉體網(wǎng)訊 鋰離子電池作為化學能和電能之間的有效轉(zhuǎn)換裝置，相比于傳統(tǒng)電池，具有比容量高、單體電壓高、自放電小、使用壽命長，綠色環(huán)保等優(yōu)點，在人類的生產(chǎn)生活中起到了至關(guān)重要的作用。負極材料是鋰離子電池的重要組成部分之一，商業(yè)化的鋰離子電池負極材料大多以石墨為主。但由于其理論比容量較低（372mAh·g-1）遠不能滿足高能耗電子設(shè)備越來越高的要求。因此，開發(fā)高能量密度、長循環(huán)壽命的負極材料是提高電池整體性能的關(guān)鍵，更是成為研究者們爭相研究的重點。
錫基材料理論比容量可達993mAh·g-1，約為石墨負極容量的3倍。而且，錫的嵌/脫鋰電位遠高于Li的析出電位，不必擔心在充放電過程中因鋰枝晶的生成而導致短路的問題，表現(xiàn)出更高的安全性能。因此，錫基負極作為合金反應負極的重要成員具有高比容量、適中的電化學平臺、高電導率等優(yōu)勢而受到廣泛關(guān)注。
然而，其實際應用卻受到很大限制，充放電過程中巨大的體積變化及表界面不穩(wěn)定性導致了材料的結(jié)構(gòu)破壞及可逆性衰退等問題，嚴重阻礙了錫基負極大規(guī)模應用。因此，為了解決錫基負極材料所面臨的問題，研究人員開始研究一系列方法對其進行改性。目前，對錫基材料進行改性的方法主要有減小錫基材料粒徑、與其它材料進行復合以及進行特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計等方法。
（1）材料細化改性
應對錫基材料鋰化過程中產(chǎn)生的體積膨脹效應最常用的方法就是將材料的粒徑細化，使材料具備更小的體積從而抑制錫粒子的粉碎。納米尺寸的材料在充放電過程中的體積與應力的變化率較小，能夠有效降低錫基材料的體積膨脹效應，而且納米粒子極小的粒徑減小了鋰離子的傳輸距離，能夠極大地改善鋰離子電池的循環(huán)壽命。
（2）碳復合化改性
由于碳材料在脫鋰和嵌鋰過程中體積變化小、循環(huán)穩(wěn)定、導電性好，價格低廉并且形態(tài)多樣化等特點，研究者們將其與錫基材料復合并對其進行了研究。有研究者采用化學氣相沉積法原位制備了包覆在非晶態(tài)碳納米管中的錫納米線的核殼結(jié)構(gòu)作為鋰離子電池陽極材料（Sn@CNTs）。Sn@CNTs在充放電過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的容量保持性，并且通過研究發(fā)現(xiàn)Sn@CNTs材料中外層碳納米管殼可以幫助保持結(jié)構(gòu)和緩沖體積膨脹，加上合理的控制碳納米管殼的厚度使得該復合材料具有良好的電化學性能。
（3）合金化改性
近年來研究者們發(fā)現(xiàn)在將錫基材料與金屬材料復合，即錫基合金材料，該種材料不僅能增加鋰離子利用率，還有助于提高材料的導電性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在各種錫的合金材料中，錫鎳合金因其優(yōu)異的理化性能、匹配性能和緩沖效果而日益受到重視。
（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計改性
近年來，中空納米材料因其獨特的結(jié)構(gòu)特征而被廣泛關(guān)注與研究，由于中空結(jié)構(gòu)能夠緩解體積變化對電極結(jié)構(gòu)的破壞，從而能夠極大地改善電極的循環(huán)壽命和循環(huán)穩(wěn)定性。而錫和碳殼之間的中空空間可以適應重復充放電過程中的體積變化。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠引入空隙空間為錫的體積膨脹提供緩沖空間。因此，材料結(jié)構(gòu)設(shè)計是一種常用的錫基負極材料的改性策略。
研究錫基負極的電化學反應機理及容量衰減機制，以及開展有針對性的改性研究對其實現(xiàn)商業(yè)化并廣泛應用具有重要意義。基于此，中國粉體網(wǎng)旗下粉體公開課平臺將于2021年9月4日上午11：00舉辦網(wǎng)絡(luò)直播會，屆時來自浙江大學的應杭君特聘副研究員將作《鋰離子電池錫基負極材料改性研究》報告，匯報人結(jié)合團隊研究成果及行業(yè)內(nèi)經(jīng)典的研究案例，概述幾種主流錫基負極各自的特點、問題及改性策略，以期促進行業(yè)內(nèi)交流、推動相關(guān)研究方向的發(fā)展。
報告人介紹
應杭君，工學博士，浙江大學特聘副研究員，本科畢業(yè)于南開大學，2018年博士畢業(yè)于中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所。2018年9月加入浙江大學材料科學與工程學院開展博士后研究工作，并于2020年9月出站后留校工作，任職材料學院特聘副研究員，兼任研究生德育導師、本科生班主任。一直以來從事電化學儲能材料的研究工作，已發(fā)表相關(guān)學術(shù)論文20余篇，申請專利3項。目前在研科研項目3項。
資料來源：
閆晴，劉旭東等. 鋰離子電池錫基負極材料的改性及研究進展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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