過渡金屬氧化物概述

過渡金屬氧化物又稱過度金屬氧化物。是包括含有過渡金屬的氧化物材料。大多數(shù)被分類為絕緣體，和少數(shù)的金屬、貧金屬，有些過渡金屬氧化物也是超導體。

經(jīng)常同一種過渡金屬氧化物材料會顯示多種物理性質(zhì)〈包括鐵電性、鐵磁性、超導體、熱電效應、半導體、光電效應、壓電效應、磁致伸縮、磁彈性、磁電耦合、超流體等〉，因此金屬-絕緣體相變的兩個狀態(tài)，可以透過變化溫度或壓力而達到。

為了滿足日益增長的能源需求，同時避免資源耗竭和對環(huán)境的長期破壞，尋求高性能、低成本以及環(huán)境友好的能源體系成為目前急需解決的問題。鋰離子電池作為綠色環(huán)保GX的清潔能源，具有高能密度和很好的循環(huán)性能，因而也成為了能夠替代傳統(tǒng)化石燃料的比較可靠選擇之一。

鋰離子電池負極材料

石墨類材料是目前商業(yè)化的鋰離子電池主要廣泛使用的負極材料，但是石墨存在著理論容量低（僅僅372mAh g-1）且有安全性等問題，因此，尋找安全性好﹑理論容量高，并且循環(huán)壽命更長的新型負極材料得到科學家們越來越多的關(guān)注，己成為了當前鋰離子電池研究的焦點。而金屬氧化物負極材料恰恰具備了這些優(yōu)點，自然是替代石墨作為鋰離子電池負極的理想材料。研究表明，通過納米化、特殊形貌控制以及采用集流體生長等方法可以有效提髙材料的導電性，緩解材料在充放電過程中的體積膨脹，從而有效改善材料的電化學性能。

過渡金屬氧化物作為鋰離子電池負極材料具有儲量豐富、成本低廉、環(huán)境友好、安全性能高和抗腐蝕能力強等優(yōu)點，近年來備受人們的關(guān)注，但其較差的循環(huán)穩(wěn)定性和低的庫倫效率阻礙了實際應用。納米化和碳復合是改善過渡金屬氧化物負極材料的有效途徑，但這些方法分別存在制備困難、體積儲能密度下降等缺點，不利于大規(guī)模商業(yè)化應用。

針對這些問題，浙江大學材料學院金屬材料研究所、硅材料國家ZD實驗室、浙江省電池新材料與應用技術(shù)研究ZD實驗室劉永鋒教授和潘洪革教授與浙江大學電鏡ZX田鶴研究員、華南理工大學材料學院朱敏教授合作，通過在CO2氣氛下球磨LiH和Fe2O3的混合物，利用Fe2O3、LiH與CO2在機械化學力作用下的氧化還原反應，成功在納米晶Fe2O3(10 nm)表面共形包覆了一層1-3nm的Li2CO3層；同時，由于球磨過程重復的破碎和冷焊作用，共形包覆的Fe2O3進一步團聚為亞微米顆粒(400-800 nm)，這種共形包覆和分級結(jié)構(gòu)共存的納米晶Fe2O3具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性能和高倍率放電性能，其在100 mA/g的放電電流密度下，400個循環(huán)后的容量保持在975 mAh/g；在3000 mA/g的放電電流密度下，其放電容量達537 mAh/g，明顯高于未包覆的納米Fe2O3顆粒(311 mAh/g)。

該分級、共形包覆技術(shù)具有制備過程簡單，可控性好，效率高等優(yōu)點，更重要的是，其可以擴展到NiO等其它過渡金屬氧化物負極材料上，呈現(xiàn)出一定的普適性。這一研究成果為發(fā)展高容量、長壽命型過渡金屬氧化物鋰離子電池負極材料奠定了基礎。