多孔材料在鋰鈉離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用7月2日多孔材料在鋰鈉離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用多孔材料,如多孔炭已廣泛應(yīng)用在催化、吸附別離、離子電池負(fù)極材料等領(lǐng)域。

近年來,多孔材料的應(yīng)用潛力被進(jìn)一步挖掘,已拓展到微電子學(xué),分子光學(xué)器件學(xué),生物醫(yī)學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域。

隨著材料技術(shù)的開展,人們對多孔材料的功能應(yīng)用提出了更多要求,多孔材料的功能化與新應(yīng)用的開發(fā)已經(jīng)成為當(dāng)前孔材料領(lǐng)域的討論熱點(diǎn)之一。

這些全部的應(yīng)用都離不開多孔材料興盛的孔隙結(jié)構(gòu)。

本文主要致力于多孔材料在離子電池負(fù)極材料的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:多孔材料、孔隙結(jié)構(gòu)、離子電池負(fù)極材料介紹多孔材料作為材料科學(xué)的一個(gè)重要分支,對我們的科學(xué)討論、工業(yè)生產(chǎn)以及日常生活等方面均具有極其重要的意義。

廣義的多孔材料是指具有大比外表積、低密度、低熱導(dǎo)率、低相對密度、高孔隙率等特點(diǎn)的,富含孔結(jié)構(gòu)的材料。

近年來,關(guān)于多孔材料的制備討論受到了寬闊科研工的廣泛關(guān)注。

目前無論是制備方法的改善和創(chuàng)新,還是物理性能的開發(fā)和利用,都取得了長足的進(jìn)展,這也為新型多功能材料的制備與開發(fā)開拓了一條新的途徑。

多孔材料,無論是從微孔、介孔到大孔,在工業(yè)催化、吸附別離、離子交換、主客體化學(xué)等領(lǐng)域都得到了廣泛地討論和應(yīng)用,尤其是作為高效催化劑及催化劑載體,它們引導(dǎo)了石油化工領(lǐng)域的巨大進(jìn)步。

與此同時(shí),隨著各學(xué)科間的相互交叉滲透,多孔材料的功能化應(yīng)用已經(jīng)延長到微電子學(xué),分子光學(xué)器件學(xué)以及藥學(xué)生物學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域。

當(dāng)今,綠色、節(jié)能、高效已成為材料技術(shù)開展的主流趨勢,人們也對機(jī)多孔材料的功能提出了更多要求,開發(fā)多孔材料在光,電,磁以及催化領(lǐng)域的應(yīng)用已成為科研工的重要任務(wù),無機(jī)多孔材料的功能化和組裝為此供應(yīng)了更多開展時(shí)機(jī)。

多孔材料名目繁多,既有單一組成的,又有多組分的,用途也各不相同。

依據(jù)其孔道結(jié)構(gòu)的規(guī)那么程度可分為:1〕具有不規(guī)那么孔道結(jié)構(gòu)無機(jī)多孔材料,例如:活性炭材料,多孔陶瓷材料,大孔氧化硅以及多孔氧化鋁等;2〕具有規(guī)那么孔道結(jié)構(gòu)的多孔材料,如微孔分子篩材料〔硅鋁酸鹽、磷酸鹽、鍺酸鹽〕、介孔分子篩材料、雜化金屬有機(jī)骨架〔〕材料等。

其中,具有規(guī)那么孔道結(jié)構(gòu)的多孔材料在工業(yè)擇形催化、主客體組裝、光電磁學(xué)等高新科技領(lǐng)域有著更優(yōu)異的應(yīng)用前景,引起了人們對這類材料相關(guān)討論的深厚愛好和重視[1]。

針對這類孔道結(jié)構(gòu)規(guī)那么、孔道尺寸大小確定、走向肯定、外形規(guī)整的多孔材料,國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會〔〕根據(jù)其孔道尺寸大小分為以下三大類[2]:1、微孔材料2,如微孔分子篩材料、材料;2、介孔材料250,如硅基介孔材料、金屬氧化物介孔材料以及碳和高分子介孔材料;3、大孔材料50,如大孔氧化鋁和大孔氧化硅材料。

此外,多級孔材料〔微孔-介孔、微孔-大孔、微孔-介孔-大孔〕作為多孔材料討論的又一新討論熱點(diǎn),是新一代高功能電極、催化材料的代表。

2、〔~+〕硅被認(rèn)為是關(guān)鍵潛在的電池負(fù)極材料[3-6]。

但是,在電極過程〔充放電〕中,硅電極材料存在巨大的體積變化〔~400%〕,導(dǎo)致電極材料的粉化以及能量的快速衰減[3,6-9]。

為了克服這個(gè)問題,討論者在設(shè)計(jì)多孔或者納米結(jié)構(gòu)的硅基材料方面做了許多工作。

比方,[10]等人用“歸中反響〞如圖1,合成了一種多孔的納米硅集合體,形成直徑為10-100的孔,其用于鋰離子電池負(fù)極材料表現(xiàn)為高的可逆容量〔3224〕以及良好的循環(huán)穩(wěn)定性〔500次循環(huán)~90%,能量保持率可達(dá)69%〕。

通過分析得出用此方法制得的材料孔徑范圍主要分布在10-100之間,如圖2,這些孔結(jié)構(gòu)供應(yīng)了更多的儲鋰位點(diǎn),并且便利電解液浸入電極材料,提高了鋰離子的傳輸速度。

但是由此方法制得的材料在長周期循環(huán)下倍率性能并不是很好,并且沒有給出在嵌鋰和脫鋰過程中的體積變化。

[11]等人用“〞方法如圖3〔其如圖4〕,制得的復(fù)合多孔材料,此方法制得的材料不僅有著良好的相互性能、倍率性能和高的尺寸穩(wěn)定性,在嵌鋰和圖1.-%。

通過分析得到孔徑分布,如圖5可知孔結(jié)構(gòu)主要是50左右的微孔組成。

圖3--–11051+2115.圖4-,-–,1+2.--–,–1,–1+2.圖52。

圖6--–,設(shè)計(jì)合理的孔結(jié)構(gòu)對電極材料性能的影響是特別巨大的。

,炭材料以它優(yōu)良的平安性、穩(wěn)定性成為鋰離子電池負(fù)極材料中必不行少的材料之一,結(jié)晶度很高的炭材料可以作為鋰離子電池的負(fù)極材料,但是不能作為鈉離子電池的,由于鈉離子的半徑比鋰離子的要大。

但是并不是炭材料就不能作為鈉離子電池的負(fù)極材料,我們只需將炭材料改性即可,比方做成多孔炭材料,膨脹石墨或者與其他材料復(fù)合形成特別結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料。

如[12]等人合成了如圖7、8,碳包覆的納米錫球,這種具有核殼結(jié)構(gòu)的鋰離子電池負(fù)極材料有著卓越的電化學(xué)性能,。

圖7–--–––--:,炭材料是一種具有球形孔的結(jié)構(gòu),金屬錫那么利用炭材