說起鋰電池大家都不陌生，無論是手機還是筆記本電腦，都少不了鋰電池的身影，隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，我們對鋰電池的要求也越來越高，我們既要鋰電池能量密度更高，也要安全性更好，這都對鋰電池的研發(fā)工作提出了更多的挑戰(zhàn)。提高鋰電池能量密度的關(guān)鍵是提高正負極活性物質(zhì)的容量發(fā)揮，傳統(tǒng)的石墨材料容量發(fā)揮多在300mAh/g左右，LCO材料容量發(fā)揮在140mAh/g左右，這極大限制了鋰電池能量密度的提升。近年來，隨著材料技術(shù)的發(fā)展，高容量發(fā)揮的正負極材料也在不斷的涌現(xiàn)，例如負極的硅材料，正極的三元和富鋰材料等都遠遠超過了傳統(tǒng)的鋰電池電極材料，極大的推動了鋰電池能量密度的提升。

硅負極材料由于容量發(fā)揮高、資源儲量豐富等優(yōu)勢，近年來取得了極大的發(fā)展，是目前最為成熟的高容量負極材料。硅負極材料重要分為兩大類：晶體硅和氧化亞硅材料，硅材料雖然容量高，但是還存在很多問題，例如晶體硅膨脹大，循環(huán)性能差，氧化亞硅首次庫倫效率低等問題。為此，人們還在不斷的開發(fā)各種新型的高容量負極材料，例如N摻雜石墨類材料、過渡金屬鋰化物類材料，以及目前風頭正勁的金屬鋰負極材料等，近日中科院長春應化所的DongmingYin等設(shè)計了一種新型的無粘接劑CuO納米棒電極，該電極是通過直接在Cu箔上生長多孔CuO納米棒陣列獲得，該方法防止了粘接劑和導電劑的使用，使得CuO活性物質(zhì)和Cu箔之間有更好的接觸。該電極比容量可達670mAh/g以上（100mA/g）以上，并卻具有良好的倍率性能和循環(huán)性能（100mA/g電流密度下，循環(huán)150次剩余容量可達671mAh/g）。

CuO材料的理論容量達到670mAh/g，并且具有豐富的資源儲量的優(yōu)勢，但是CuO同樣也面對著充放電過程中體積膨脹過大的問題，納米化是解決材料膨脹大的問題的常見辦法，為了克服CuO電極膨脹大的問題，DongmingYin利用金屬有機物框架（MOFs）的方法直接在銅箔上生長了CuO多孔納米棒，該電極的具體制備方法如上圖所示，首先將銅箔浸入到7，7，8，8-四氰基喹啉甲烷TCNQ，TCNQ和Cu箔反應生成Cu-TCNQ，然后在250℃下進行熱處理后，Cu-TCNQ將轉(zhuǎn)化為CuO納米棒。

在TCNQ中處理不同時間獲得的Cu-TCNQ前驅(qū)體和在250℃下處理獲得CuO的形貌如下圖所示，從圖上我們可以看到隨著處理時間的延長，前驅(qū)體納米棒的數(shù)量逐漸新增，經(jīng)過250℃處理后CuO很好的繼承了前驅(qū)體的形貌，并且相互之間連接在一起，形成多孔結(jié)構(gòu)。

DongmingYin對上述制備的CuO負極進行了電化學測試，下圖為循環(huán)伏安測試結(jié)果，從圖上可以看到在第一個還原過程中在1.75V左右出現(xiàn)了一個弱的電流峰，在1.19V出現(xiàn)了一個強電流峰，在0.85V和0.62V分別出現(xiàn)了兩個中等強度的電流峰，此過程中發(fā)生的電化學反應如下所示。

過針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標準

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

點擊詳情

容量測試表明該電極的容量發(fā)揮達到670mAh/g以上，并具有優(yōu)良的循環(huán)和倍率性能，在100mA/g的電流密度下循環(huán)150次，該電極容量發(fā)揮可以達到671mAh/g，倍率測試也同樣表明該電極具有優(yōu)異的電化學性能，在100，200，500和1000mAh/g的電流密度下，該電極的容量發(fā)揮可以分別達到730，554，434和367mAh/g，即便是在2000mA/g的電流密度下，該材料的容量發(fā)揮仍然可以達到300mAh/g。

目前該電極存在的最大的問題為首次效率低，該電極在首次充電時，其充電容量可達到1341mAh/g，遠遠高于其理論容量670mAh/g，但是首次效率僅為58%，導致這一現(xiàn)象的重要原因有兩點：1）反應過程中生成的Li2O不具有反應活性；2）電解液在CuO表面分解，納米材料較大的比表面積新增了電解液的分解數(shù)量，導致該CuO電極的首次效率較低。因此該材料應用還要配合補鋰技術(shù)使用。

DongmingYin等開發(fā)的利用金屬有機化合物MOFs方法直接在金屬箔上制備納米棒電極材料的方法，工藝簡單適合大規(guī)模生產(chǎn)，而且可以推廣到其他材料的電極，例如直接在銅箔上生長SiOx納米棒等，利用納米材料的優(yōu)勢克服材料在充放電過程中的體積膨脹，因此該方法具有非常好的應用前景。