工程科学学报，第44卷，第X期 成合金储锂，主要为硅基氧化物⑧-s0和锡基氧化 为300mAhg.Qu等7制备了NaBO2包覆的 物：(2)转化型嵌锂材料，存在氧化还原反应和价 Fe3O4复合材料，在2Ag'电流密度下比容量达 态的变化，如CoOs、MnOls3等过渡金属氧化物 733mAhg(活性物质载量为1.5mgcm2),这可 Liu等s研究了无序岩盐结构的Li3V2O5负极材 归因于纳米化的FeO4基体和高离子电导率的 料（图4），这种材料通常作为锂电池的正极材料， NaBO2包覆层.Qin等s8I采用水热法和退火热处理 然而用作负极材料可以在0.6V平台电位下可逆 合成了T-Nb2O5纳米棒材料，具有较高的扩散动 插嵌两个锂离子，从而消除了高充电倍率下的锂 力学和高倍率性能，在2Ag1电流密度下比容量 沉积现象，这使电池更安全；嵌锂电位低于钛酸锂 达147mAhg'(活性物质载量为3.5~4.2mgcm2) 的1.5V使得电池可以存储更多的能量：在1Ag Qu等s9和Yang等I通过微观N掺杂制备了蛋 电流密度下容量可达200mAhg'(活性物质载量 壳结构的表面包覆有Li2CO3、SiN4和SiO,的纳米 为2~3mgcm2),与NCM811材料组装成全电池 硅材料，可有效抑制颗粒的粉化，在2Ag电流密 后在0.5Ag1电流密度下循环充放电1000次循环 度下比容量达1117mAhg(活性物质载量大于 容量保持率为86.9%：并且可以具有较好的快速充 1mgcm2).作者课题组研究了将SiO颗粒分散于 放电能力，在20Ag电流密度下发挥超过40% 具有纳米结构的导电碳黑基体中，形成有效的电 的容量.作者课题组Liu等5采用一步固态反应 子导电网络、提高了电极的电子导电性；CB具有 的方法合成碳包覆的LVO4,可逆容量可达 硬碳的储锂特性，可作为快速储锂的负极活性材 416mAhg'(活性物质载量为3.8mgcm2),在 料，其吸纳的电解液可缩短离子扩散距离；CB具 2Ag电流密度下容量为110mAhg,以0.5Ag1 有膨松的结构，为氧化亚硅颗粒提供足够的体积 电流密度循环500周容量几乎无衰减.Zhang等s阿 变化空间，避免电极的粉化和失效此外，由于 采用低温热处理的方法一步合成了FeO4/石墨烯 SiO材料具有超高的储锂能力，将SiO与软碳或石 纳米复合材料，在0.1Ag电流密度下可逆储锂 墨复合用作负极可显著提升高功率器件的能量密 容量达820mAhg,在3Ag'电流密度下容量 度和循环性能，6创 (a) T1:Face shares with 0-TM T2:Face shares with 1-TM (b) 0.03-0.05nm Off-centre Li LiO, ”Li0 (c)0.6-- (d2.0 Octahedral Li -Discharge at 0.1 A.g 0.5 Tetrahedral Li -Charge at 0.1 A'g RegionⅢl 1.5 0.4 0.3 1.0 Region 0.2 Region I 0.5 0.1 0.0-- 0.0E 0.000.250.500.751.001.251.501.752.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 x in LisV2Os x in LisV2Os 图4密度泛函理论(Density functional theory,.DFT)计算无序岩盐结构LixV,O5的Li位置占有率和电压曲线例(a)0-TM(T1)和1-TM(T2)四 面体Li插人位点：(b)当Li插入0-TM(T1)位点时四个相邻的LiO。八面体的偏心位移：(c)根据DFT计算，在插入L后四面体和八面体中Li位 置占有率的演变：()相对于锂电极的实验电压曲线和根据PBE+U泛函计算得出的的电压曲线 Fig.4 DFT-calculated Li site occupancies and voltage profile for DRS-LiVO(a)0-TM(TI)and 1-TM(T2)tetrahedral Li insertion sites;(b)off center displacements of four neighboring LiO octahedra upon Li insertion into the 0-TM(T1)site;(c)evolution of Li site occupancies in the tetrahedral and octahedral sites upon Li insertion determined via DFT calculations;(d)experimental and computational voltage profiles calculated using the PBE+U functional成合金储锂，主要为硅基氧化物[48−50] 和锡基氧化 物[51] ；(2) 转化型嵌锂材料，存在氧化还原反应和价 态的变化，如 CoO[52]、MnO[53] 等过渡金属氧化物. Liu 等[54] 研究了无序岩盐结构的 Li3V2O5 负极材 料（图 4），这种材料通常作为锂电池的正极材料， 然而用作负极材料可以在 0.6 V 平台电位下可逆 插嵌两个锂离子，从而消除了高充电倍率下的锂 沉积现象，这使电池更安全；嵌锂电位低于钛酸锂 的 1.5 V 使得电池可以存储更多的能量；在 1 A·g–1 电流密度下容量可达 200 mA·h·g–1（活性物质载量 为 2～3 mg·cm–2），与 NCM811 材料组装成全电池 后在 0.5 A·g–1 电流密度下循环充放电 1000 次循环 容量保持率为 86.9%；并且可以具有较好的快速充 放电能力，在 20 A·g– 1 电流密度下发挥超过 40% 的容量. 作者课题组 Liu 等[55] 采用一步固态反应 的 方 法 合 成 碳 包 覆 的 Li3VO4， 可 逆 容 量 可 达 416 mA·h·g–1（活性物质载量为 3.8 mg·cm–2） ，在 2 A·g–1 电流密度下容量为 110 mA·h·g–1 ，以 0.5 A·g–1 电流密度循环 500 周容量几乎无衰减. Zhang 等[56] 采用低温热处理的方法一步合成了 Fe3O4 /石墨烯 纳米复合材料，在 0.1 A·g– 1 电流密度下可逆储锂 容量达 820 mA·h·g–1 ，在 3 A·g– 1 电流密度下容量 为 300  mA·h·g–1 . Qu 等 [57] 制 备 了 NaBO2 包 覆 的 Fe3O4 复合材料，在 2 A·g– 1 电流密度下比容量达 733 mA·h·g–1（活性物质载量为 1.5 mg·cm–2），这可 归因于纳米化的 Fe3O4 基体和高离子电导率的 NaBO2 包覆层. Qin 等[58] 采用水热法和退火热处理 合成了 T-Nb2O5 纳米棒材料，具有较高的扩散动 力学和高倍率性能，在 2 A·g–1 电流密度下比容量 达 147 mA·h·g–1（活性物质载量为 3.5～4.2 mg·cm–2）. Qu 等[59] 和 Yang 等[60] 通过微观 N 掺杂制备了蛋 壳结构的表面包覆有 Li2CO3、Si3N4 和 SiOx 的纳米 硅材料，可有效抑制颗粒的粉化，在 2 A·g–1 电流密 度下比容量达 1117 mA·h·g–1（活性物质载量大于 1 mg·cm–2）. 作者课题组研究了将 SiO 颗粒分散于 具有纳米结构的导电碳黑基体中，形成有效的电 子导电网络、提高了电极的电子导电性；CB 具有 硬碳的储锂特性，可作为快速储锂的负极活性材 料，其吸纳的电解液可缩短离子扩散距离；CB 具 有膨松的结构，为氧化亚硅颗粒提供足够的体积 变化空间，避免电极的粉化和失效[49] . 此外，由于 SiO 材料具有超高的储锂能力，将 SiO 与软碳或石 墨复合用作负极可显著提升高功率器件的能量密 度和循环性能[48,61] . (a) T2: Face shares with 1-TM LiO4 LiO6 VO6 T1: Face shares with 0-TM (c) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 Site occupancy 0.00 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75 2.00 Region Ⅰ Region Ⅱ Region Ⅲ x in Li3+xV2O5 Octahedral Li Tetrahedral Li (b) (d)Voltage/V Lioct displacement ~0.03–0.05 nm Off-centre Lioct 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 x in Li3+xV2O5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Discharge at 0.1 A·g−1 Charge at 0.1 A·g−1 PBE+U 图 4    密度泛函理论 (Density functional theory, DFT) 计算无序岩盐结构 Li3+xV2O5 的 Li 位置占有率和电压曲线[54] . （a）0-TM（T1）和 1-TM（T2）四 面体 Li 插入位点；（b）当 Li 插入 0-TM（T1）位点时四个相邻的 LiO6 八面体的偏心位移；（c）根据 DFT 计算，在插入 Li+后四面体和八面体中 Li 位 置占有率的演变；（d）相对于锂电极的实验电压曲线和根据 PBE+U 泛函计算得出的的电压曲线 Fig.4    DFT-calculated Li site occupancies and voltage profile for DRS-Li3+xV2O5 [54] : (a) 0-TM (T1) and 1-TM (T2) tetrahedral Li insertion sites; (b) off￾center displacements of four neighboring LiO6 octahedra upon Li insertion into the 0-TM (T1) site; (c) evolution of Li site occupancies in the tetrahedral and octahedral sites upon Li insertion determined via DFT calculations; (d) experimental and computational voltage profiles calculated using the PBE + U functional · 6 · 工程科学学报，第 44 卷，第 X 期