中國粉體網訊 金屬氧化物由于其地殼中含量豐富，易于開采和改性，反應的可逆性好，理論容量高而受到國內外學者的關注。但由于其循環過程中體積變化較大、電子電導率較低，導致循環性能和倍率性能較差等，限制了其商業化應用。
為了優化金屬氧化物的儲鋰性能、彌補自身缺陷，將其制成復合材料，利用材料間的協同效應，是一種具有發展前景的改性手段。為此學者們做了大量工作，如將其與導電性能良好的碳材料復合，提高過渡金屬氧化物導電性，從而改善倍率性能；將其與力學性能良好的金屬氧化物復合，提高復合材料的力學性能和結構穩定性等。
①與碳材料復合
由碳和過渡金屬氧化物組成的雜化結構已成為在穩定性、容量和速率能力之間達成理想權衡的一種很有前途的選擇，其中過渡金屬氧化物提供了高容量，而碳基體則提供了良好的導電性及穩定性。此外合理調控兩者之間的復合形貌也在減緩材料體積膨脹、防止自身團聚方面發揮積極作用，這都有利于材料發揮出更好的電化學性能。基于以上優勢，研究人員通過探索各種碳質材料作為過渡金屬氧化物復合材料，合成過渡金屬氧化物/碳納米復合材料。
②與其他金屬氧化物材料復合
根據多金屬協同效應的設計思想，采取兩種或兩種以上金屬離子化合在一起，采用金屬配合物作為前驅體熱分解技術，設計生成化合物或者復合物。根據需要對化合物或復合物做進一步改性處理。這些物質作為負極材料，表現出優異的電化學性能，可逆比容量可達1000mAh/g，同時電化學穩定性得到提高，顯示出潛在的應用價值。
將兩種或兩種以上的不同過渡金屬氧化物復合可以綜合各組分的優點，通過材料復合后的協同效應提高過渡金屬氧化物的電化學性能。如TiO2納米材料作為鋰離子電池負極材料具有優異的電化學性能與力學性能，通常可作為復合材料中的緩沖層和機械支撐基體，因此通常與其他金屬氧化物進行復合。
新型金屬氧化物負極材料——二元金屬氧化物是指含有兩種金屬元素的氧化物，如鐵基二元金屬氧化物(NiFe2O4、ZnFe2O4、CuFe2O4等)、鈷基二元金屬氧化物(ZnCo2O4、CuCo2O4、NiCo2O4等)。
通過研究新型金屬氧化物負極材料的改性與電化學性能，發現這些金屬氧化物復合材料具備優異的儲鋰性能，體現以下三個主要特征：
1）兩種不同的氧化物復合后，其電化學穩定性比單獨個體都要好，比容量也更高，存在協同效應；
2）添加適量的金屬粉末，有助于比容量的提高；
3）稀土對金屬化合物的電化學性能有穩定作用，主要抑制復雜結構的分解，提高負極活性材料變化的可逆性，提供穩定的鋰離子傳輸通道，提高鋰的儲存性能。
總之，在所有的負極材料中，金屬氧化物由于具有較高的理論容量、較低的工作平臺和良好的熱穩定性和結構穩定性，被認為是具有前景的負極候選材料之一。然而，由于其固有的導電性差和充放電循環過程中體積膨脹大在內的主要問題，導致其容量大幅衰減，嚴重制約了其實際應用。新型金屬氧化物負極材料具備優異的儲鋰性能，是鋰離子電池負極材料近年來研究的一個熱點，有望成為下一代新型高比容量鋰離子電極負極材料。
針對各類負極材料的產業化技術與國內外市場狀況，中國粉體網將于10月25-26日在東莞舉辦第二屆先進負極材料技術與產業高峰論壇。屆時，沈陽工業大學教授史發年將作題為《先進金屬氧化物負極材料儲能研究》的報告。報告通過對新型金屬氧化物負極材料的改性與電化學性能的研究，將對金屬氧化物復合材料優異的儲鋰性能展開介紹。
專家簡介：
史發年，沈陽工業大學教授，博士生導師，中國能源學會能源與環境專業委員會委員，中國稀土學會稀土晶體專業委員會委員。1991-1996年于中國科學院長春應用化學研究所攻讀碩士學位并直博；1997-2001年先后在南京大學配位化學國家重點實驗室從事博士后研究、南京師范大學從事教學（副教授）工作；2001-2014年在葡萄牙阿威羅大學化學系作博士后和研究員。目前主要研究方向包括：金屬配合物材料設計與結構優化、稀土功能材料、鋰離子電池材料等的設計與改性。共發表學術論文160余篇，有6篇論文進入ESI 1%高被引。作為大會主席多次舉辦國際學術會議。
參考來源：
史發年等. 多金屬協同優化鋰離子電池負極材料的儲鋰性能
楊辰雨等. 多殼層結構金屬氧化物復合材料的制備及儲鋰性能研究
尹堅等. 鋰離子電池過渡金屬氧化物負極材料研究進展
過度金屬氧化物負極材料研究進展. 粉體網
（中國粉體網編輯整理/蘇簡）
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