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高性能过渡金属硫族化合物/炭复合空心纳米结构锂离子电池电极的构筑
制备大容量、高倍率特性以及高安全性能的锂离子电池电极材料是近年来的研究热点。相对于商品化的石墨负极，过渡金属硫族化合物由于具有更高的储锂容量和电势平台有望用于构筑容量更高、安全性能更好的锂离子电池。不同于石墨电极的嵌入/脱出机制，过渡金属硫族化合物通过转化机制存储锂离子。这一过程伴随着巨大的体积膨胀，容易导致电极材料容量的快速衰减。此外，这类材料的导电性能差，使得电极材料的倍率特性无法满足实际应用的需求。因此，发展新型的电极材料制备方法，提高电极材料的结构稳定性以及导电性是推进过渡金属硫族化合物电极实际应用的关键。
最近，新加坡南洋理工大学楼雄文教授课题组设计了一种基于钴基金属有机框架ZIF-67 nanocube合成CoSe@carbon nanobox复合电极方法，为解决上述问题提供了新的策略。在惰性气体保护下加热ZIF-67 nanocube和Se粉混合物，碳化反应、硒化反应、以及柯肯达尔效应协同驱动前驱体转化成为CoSe@carbon nanobox。有意思的是，所制备的nanobox壳层具有明显的不均匀特性。其中，CoSe纳米颗粒主要富集在内层，而炭则主要集中在外层。这种空心结构有助于缓解充放电时的结构应力；外部的炭层除了能有效提高导电性之外，由于阻止了电化学活性物质与电解液的直接接触，有望提高首次库伦效率。电池测试结果显示制备的CoSe@carbon nanobox在0.2 A g-1的电流密度下首次放电容量和充电容量分别为1016和796 mAh g-1，首次昆仑效率接近80%。当电流密度从0.2增加到2.0 A g-1时，容量仅衰减了13%，表现出了良好的倍率特性。在经历100次充放电循环后，该复合物电极在0.2、 0.5 以及1.0 A g-1的电流密度下容量保持率均在90%以上。
此项研究为解决过渡金属硫族化合物电极面临的倍率性能和循环稳定性差等问题指出了一条全新的解决思路，对于发展高性能锂离子电池具有重要意义。
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201603852/abstract
原文：Unusual Formation of CoSe@carbon Nanoboxes, which have an Inhomogeneous Shell, for Efficient Lithium Storage
Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 9514-9518, DOI: DOI: 10.1002/anie.201603852