高性能双金属氧化物负极的理性设计及储锂特性

摘要

高能量密度、高功率密度的“双高”锂离子电池（LIBs）的实现依赖于创新突破高容量、高倍率及长循环寿命电极材料。插入型负极，以d⁰过渡金属氧化物为代表，含有强金属-氧键，表现出高循环稳定性和高倍率性能。然而，由于金属离子变价较少，其比容量相对较低。转化-合金型负极，以p区金属氧化物为代表，具备高理论比容量，但嵌锂过程中的相团聚和体积膨胀易导致容量快速衰减和倍率性能不佳。通过引入插入型或转化型功能基元构建双金属氧化物负极，可以优化电极中的电子/离子传导，从而改善循环性能和倍率性能，有望实现负极材料高容量、高倍率及长循环的统一。本文通过对各类金属氧化物中的化学键及电子结构特征进行分析，并提出一种新的图示表达方式，将负极锂离子插脱嵌的电化学反应储能过程表达为态密度（DOS）图示。文章阐述了双金属氧化物负极的多步储锂机制，并结合近期相关研究进展，为发展高容量、高倍率及高稳定的双金属化合物负极提供理论参考和实践依据。

关键词

锂离子电池 / 负极材料 / 双金属化合物 / 储锂机制