高性能锂离子电池负极材料

 Sn@C纳微复合结构：（a）透射电镜照片，（b）充放电前后结构示意图。

Sn@C纳微复合结构作为锂离子电池负极材料的循环性能曲线，插图为首次充放电电压-比容量曲线。 

在国家自然科学基金委、科技部以及中科院化学所“引进杰出青年人才计划”的支持下，化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室的研究人员，成功研制出一种具有优异循环性能的高容量锂离子电池负极材料。研究成果发表在近期的《先进材料》（Adv. Mater. (2008, 20, 1160－1165) ）上，并被Nanowerk网站评述。

锂离子电池是目前能量密度最高的绿色二次电池，已广泛应用于笔记本电脑、手机、摄影机等消费电子产品。随着无线信息通讯产品、数字娱乐产品、电动汽车、电动工具等领域的高速发展，对锂离子电池的能量密度、功率密度和寿命提出了更高的要求，迫切需要开发出更高性能的锂离子电池电极材料。继研制出V2O5纳微复合结构锂离子电池正极材料（Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44, 4391－4395）之后，最近化学所的科研人员又开发出高性能的锂离子电池负极材料。

金属锡可以和Li形成高达Li4.4Sn的合金，具有很高的理论比容量（992 mAh/g），引起了人们的广泛关注。然而Li与Sn形成合金时，伴随着巨大的体积膨胀，因此循环性能差，限制了其实际应用。最近，该课题组通过设计预留空腔的电极结构，提供了一种简易的解决方案，成功地把Sn纳米颗粒填充到弹性的碳空心球中，设计合成出具有特殊纳微结构的Sn@C复合材料。该Sn@C纳微复合结构中含有一定体积的空腔，使得嵌Li体积膨胀后的Li4.4Sn合金也可以被容纳在C空心球中，从而消除了Li插入/脱出过程中产生的应力，极大地改善了电极材料的循环性能。电池测试结果表明，100次充放电循环后，该复合材料仍具有高达550mAh/g的比容量，为目前广泛使用的石墨负极材料理论比容量（372mAh/g）的1.5倍，是一种很有前途的高容量锂离子电池负极材料。