金属有机框架在各类锂离子电池正极材料中的应用与改进

来自 实验室仪器网

研究人员使用金属有机框架来设计更高性能的锂离子电池正极。他们的发现提高了几种关键材料的稳定性、导电性和能量密度。

最近发表在《材料特征》上的一项研究探讨了金属有机框架（MOF）如何作为锂离子电池正极材料合成的模板和前体。研究团队对传统正极类型进行了系统分类，引入了基于MOF的合成策略，并评估了所得材料的电化学性能。

研究结果表明，MOF可以精确控制形态和结构特征，解决了传统阴极合成中长期存在的局限性。这种分子水平的工程可能会影响更耐用、更节能的电池的开发。

锂离子电池是现代便携式电子产品和电动汽车的核心，这主要是因为它们的高能量密度和较长的使用寿命。随着全球能源开始向更多可再生能源过渡，电池技术面临的压力越来越大，以满足对高效、大容量存储日益增长的需求。

正极材料在决定电池性能、影响能量密度、循环寿命、电压范围和安全性方面发挥着至关重要的作用。大多数锂离子电池正极属于以下三种结构类别之一：层状氧化物，例如钴酸锂（LiCoO2）、尖晶石材料，如锰酸锂（LiMn2O4）和聚阴离子橄榄石化合物，包括磷酸铁锂（LiFePO4).

选择这些选项中的每一个都有理由，也有避免它们的理由。层状氧化物经常存在相不稳定的问题，尖晶石材料在电子导电性方面遇到困难，橄榄石化合物可能会表现出缓慢的锂离子传输。这些挑战促使研究人员寻找新的阴极制造方法。

MOF是由金属离子与有机配体配位组成的结晶材料。它们以其可调孔隙率和结构灵活性而闻名。在这里，研究人员使用MOF作为支架，通过两步工艺创建先进的正极材料。

首先，他们通过水热或溶剂热反应合成了MOF模板。然后在锂源存在下对这些模板进行热转化，形成最终的阴极组合物。

该方法可以精确控制粒径、表面形态和化学成分。由MOF配体生产的碳涂层经常掺入氮气，从而增强了电导率并稳定了电极和电解质之间的界面。同时，掺杂镍、锰或铝等过渡金属有助于减轻循环过程中的结构退化并提高长期稳定性。

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