LiMn2O4单晶纳米管在高功率锂离子电池中的应用

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面对日益短缺的石油能源危机，寻找环境友好、低碳、可持续发展的再生能源是一项亟待研究和解决的任务。作为化学储能的锂离子电池，由于具有高电压、高能量密度、循环寿命长和无记忆效应等优点而得到的广泛研究和发展。

但是，目前商业化的锂离子电池（Lithium Ion Batteries）应用主用集中于低功率产品，对于大功率应用仍面临诸多挑战与问题，如高倍率充放电下表现出较高的极化效应和容量衰减问题。对于正极材料LiMn2O4而言，由于其具有较高的平台电压（4 V）、环保、丰富的锰资源以及相对较低的成本等优点而备受关注。普通微米级的LiMn2O4由于具有较长的锂离子扩散路径而导致较低的倍率性能，从而影响其高功率应用。

近年来，纳米材料的功能化研究已经得到了广泛关注，也被认为是提高高功率电极材料应用的一种行之有效的途径。由于其大大缩短了锂离子扩散长度，减少了高倍率充放电下的极化效应。

浙江大学赵新兵教授所领导的研究小组首次报道了LiMn2O4单晶纳米管（Single Crystalline Nanotube），平均外径600 nm，壁厚200 nm，长度1-4 mm。与其他一维材料相比，管状的一维材料提供了更多的接触面积（管口，内表面和外表面），从而更有利于电解液的渗透与锂离子的扩散。而且，这种中空的管状结构也能够及时的减轻或释放锂离子嵌入/脱嵌（Intercalation/Deintercalation）所带来的结构应力，从而保证其一维结构的电化学循环稳定性。如图所示，高倍率性能测试表明，在10 C（1 C=120 mA/g）电流密度下，该材料能够展现出80 mAh g-1的放电比容量，而且，在5 C电流密度下，1500 恒电流充放电循环后，该材料能够保持初始比容量的70%，表现出了良好的高倍率循环稳定性。更为重要的是，该单晶纳米管表现出了良好的结构稳定性。长时间充放电循环后，表征结果表明，该材料仍保持着良好的管状形貌、高晶型和生长取向。基于该材料优异的电化学性能和高的结构稳定性，其在高功率锂离子电池领域应有较好的应用前景。

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http://dx.doi.org/10.1002/adfm.201001448