过渡金属氧化物

过渡金属氧化物概述

过渡金属氧化物又称过度金属氧化物。是包括含有过渡金属的氧化物材料。大多数被分类为绝缘体，和少数的金属、贫金属，有些过渡金属氧化物也是超导体。

经常同一种过渡金属氧化物材料会显示多种物理性质〈包括铁电性、铁磁性、超导体、热电效应、半导体、光电效应、压电效应、磁致伸缩、磁弹性、磁电耦合、超流体等〉，因此金属-绝缘体相变的两个状态，可以透过变化温度或压力而达到。

为了满足日益增长的能源需求，同时避免资源耗竭和对环境的长期破坏，寻求高性能、低成本以及环境友好的能源体系成为目前急需解决的问题。锂离子电池作为绿色环保GX的清洁能源，具有高能密度和很好的循环性能，因而也成为了能够替代传统化石燃料的比较可靠选择之一。

锂离子电池负极材料

石墨类材料是目前商业化的锂离子电池主要广泛使用的负极材料，但是石墨存在着理论容量低（仅仅372mAh g-1）且有安全性等问题，因此，寻找安全性好﹑理论容量高，并且循环寿命更长的新型负极材料得到科学家们越来越多的关注，己成为了当前锂离子电池研究的焦点。而金属氧化物负极材料恰恰具备了这些优点，自然是替代石墨作为锂离子电池负极的理想材料。研究表明，通过纳米化、特殊形貌控制以及采用集流体生长等方法可以有效提髙材料的导电性，缓解材料在充放电过程中的体积膨胀，从而有效改善材料的电化学性能。

过渡金属氧化物作为锂离子电池负极材料具有储量丰富、成本低廉、环境友好、安全性能高和抗腐蚀能力强等优点，近年来备受人们的关注，但其较差的循环稳定性和低的库伦效率阻碍了实际应用。纳米化和碳复合是改善过渡金属氧化物负极材料的有效途径，但这些方法分别存在制备困难、体积储能密度下降等缺点，不利于大规模商业化应用。

针对这些问题，浙江大学材料学院金属材料研究所、硅材料国家ZD实验室、浙江省电池新材料与应用技术研究ZD实验室刘永锋教授和潘洪革教授与浙江大学电镜ZX田鹤研究员、华南理工大学材料学院朱敏教授合作，通过在CO2气氛下球磨LiH和Fe2O3的混合物，利用Fe2O3、LiH与CO2在机械化学力作用下的氧化还原反应，成功在纳米晶Fe2O3(10 nm)表面共形包覆了一层1-3nm的Li2CO3层；同时，由于球磨过程重复的破碎和冷焊作用，共形包覆的Fe2O3进一步团聚为亚微米颗粒(400-800 nm)，这种共形包覆和分级结构共存的纳米晶Fe2O3具有良好的循环稳定性能和高倍率放电性能，其在100 mA/g的放电电流密度下，400个循环后的容量保持在975 mAh/g；在3000 mA/g的放电电流密度下，其放电容量达537 mAh/g，明显高于未包覆的纳米Fe2O3颗粒(311 mAh/g)。

该分级、共形包覆技术具有制备过程简单，可控性好，效率高等优点，更重要的是，其可以扩展到NiO等其它过渡金属氧化物负极材料上，呈现出一定的普适性。这一研究成果为发展高容量、长寿命型过渡金属氧化物锂离子电池负极材料奠定了基础。