中國粉體網(wǎng)訊 鋰離子電池作為化學(xué)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(diǎn)，在人類的生產(chǎn)生活中起到了至關(guān)重要的作用。負(fù)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(fù)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(yuǎn)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(fù)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(diǎn)。
錫基材料理論比容量可達(dá)993mAh·g-1，約為石墨負(fù)極容量的3倍。而且，錫的嵌/脫鋰電位遠(yuǎn)高于Li的析出電位，不必?fù)?dān)心在充放電過程中因鋰枝晶的生成而導(dǎo)致短路的問題，表現(xiàn)出更高的安全性能。因此，錫基負(fù)極作為合金反應(yīng)負(fù)極的重要成員具有高比容量、適中的電化學(xué)平臺、高電導(dǎo)率等優(yōu)勢而受到廣泛關(guān)注。
然而，其實(shí)際應(yīng)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(dǎo)致了材料的結(jié)構(gòu)破壞及可逆性衰退等問題，嚴(yán)重阻礙了錫基負(fù)極大規(guī)模應(yīng)用。因此，為了解決錫基負(fù)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(jìn)行改性。目前，對錫基材料進(jìn)行改性的方法主要有減小錫基材料粒徑、與其它材料進(jìn)行復(fù)合以及進(jìn)行特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方法。
（1）材料細(xì)化改性
應(yīng)對錫基材料鋰化過程中產(chǎn)生的體積膨脹效應(yīng)最常用的方法就是將材料的粒徑細(xì)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(yīng)力的變化率較小，能夠有效降低錫基材料的體積膨脹效應(yīng)，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(fù)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(dǎo)電性好，價(jià)格低廉并且形態(tài)多樣化等特點(diǎn)，研究者們將其與錫基材料復(fù)合并對其進(jìn)行了研究。有研究者采用化學(xué)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(fù)合材料具有良好的電化學(xué)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(fù)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(dǎo)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(jì)改性
近年來，中空納米材料因其獨(dú)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?xì)ぶg的中空空間可以適應(yīng)重復(fù)充放電過程中的體積變化。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)是一種常用的錫基負(fù)極材料的改性策略。
研究錫基負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理及容量衰減機(jī)制，以及開展有針對性的改性研究對其實(shí)現(xiàn)商業(yè)化并廣泛應(yīng)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(shí)來自浙江大學(xué)的應(yīng)杭君特聘副研究員將作《鋰離子電池錫基負(fù)極材料改性研究》報(bào)告，匯報(bào)人結(jié)合團(tuán)隊(duì)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(fù)極各自的特點(diǎn)、問題及改性策略，以期促進(jìn)行業(yè)內(nèi)交流、推動相關(guān)研究方向的發(fā)展。
報(bào)告人介紹
應(yīng)杭君，工學(xué)博士，浙江大學(xué)特聘副研究員，本科畢業(yè)于南開大學(xué)，2018年博士畢業(yè)于中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所。2018年9月加入浙江大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)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(xué)院特聘副研究員，兼任研究生德育導(dǎo)師、本科生班主任。一直以來從事電化學(xué)儲能材料的研究工作，已發(fā)表相關(guān)學(xué)術(shù)論文20余篇，申請專利3項(xiàng)。目前在研科研項(xiàng)目3項(xiàng)。
資料來源：
閆晴，劉旭東等. 鋰離子電池錫基負(fù)極材料的改性及研究進(jìn)展
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/青黎）
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