目前，鋰離子電池發(fā)展所面臨著一個主要問題在于：相比于負極材料，正極材料的容量普遍偏低。V2O5由于具有較高的理論容量，被廣泛視為一種具有前景的鋰離子電池正極材料。然而，由于V2O5較差的容量保持率和低倍率性能，使得其在鋰離子電池中的實際應(yīng)用困難重重。

有鑒于此，近日，中國科學(xué)院大學(xué)的王丹教授團隊報道了一種利用碳微球作為模板，基于金屬陰離子吸附機理制備的中空多殼層V2O5微球。這種方法與常規(guī)的金屬陽離子吸附機理大不相同。按照傳統(tǒng)的陽離子吸附方法，所制備的V2O5往往只是單殼的空心微球結(jié)構(gòu)。

圖1制備中空多殼層微球的2種策略

在這一工作中，研究者通過控制前驅(qū)體濃度、吸附溫度、吸附時間、溶劑和熱處理過程這五種不同的參數(shù)，制備了一系列不同結(jié)構(gòu)的V2O5空心微球(如圖2)。礬離子滲透入碳微球中作為催化劑，促進熱處理過程中碳微球的燃燒。由于碳微球燃燒過程中礬基催化劑逐漸釋放并結(jié)晶成V2O5，進一步起到催化燃燒的作用。

這一過程類似于希臘神話中士兵從特洛伊木馬中出現(xiàn)的情景，因此被作者稱為特洛伊催化燃燒過程(Trojancatalyticcombustionprocess)。雖然不同的方法可能會得到相似的結(jié)構(gòu)，例如多腔空心微球及雙殼V2O5空心微球，但不同方法制備的三殼V2O5空心微球卻有所不同：通過三次重復(fù)吸附過程制備的三殼空心微球具有更厚的殼層，這可能是由于通過三次重復(fù)吸附操作的手段不如其他方式那樣連續(xù)，減弱了特洛伊催化效果和殼層的分離。

圖2制備條件對產(chǎn)物形貌的影響

隨后研究者將所制得的三殼V2O5空心微球作為鋰離子電池正極進行電化學(xué)性能表征，研究發(fā)現(xiàn)，這種多殼層的V2O5中空微球在1000mAg-1條件下首次比容量高達447.9mAhg-1，且循環(huán)100次后，比容量保持在402.4mAhg-1。顯著高于其他V2O5空心結(jié)構(gòu)。

圖3多殼層V2O5中空微球的電化學(xué)性能

因此，使用這種碳微球模板基于金屬陰離子吸附機理制備手段，可以獲得一系列多殼層金屬氧化物中空微球(V2O5、MnO2、MoO3、Cr2O3、WO3等)，克服了以前實驗方案的局限，極大地豐富了金屬氧化物空心微球的類別。這種多殼層金屬氧化物中空微球正極材料顯著地降低了正負極材料之間容量的差距，為下一代鋰離子電池的發(fā)展開創(chuàng)了一個新的渠道。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于知名期刊NatureEnergy上。(DOI:10.1038/NENERGY.2016.50Multi-shelledmetaloxidespreparedviaananion-adsorptionmechanismforlithium-ionbatteries.JiangyanWang,HongjieTang,LijuanZhang,HaoRen,RanboYu*,QuanJin,JianQi,DanMao,MeiYang,YunWang,PorunLiu,YuZhang*,YurenWen,LinGu,GuanghuiMa,ZhiguoSu,ZhiyongTang,HuijunZhaoandDanWang*)