說(shuō)起鋰電池大家都不陌生，無(wú)論是手機(jī)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(duì)鋰電池的要求也越來(lái)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(duì)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(fù)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(lái)，隨著材料技術(shù)的發(fā)展，高容量發(fā)揮的正負(fù)極材料也在不斷的涌現(xiàn)，例如負(fù)極的硅材料，正極的三元和富鋰材料等都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)的鋰電池電極材料，極大的推動(dòng)了鋰電池能量密度的提升。

硅負(fù)極材料由于容量發(fā)揮高、資源儲(chǔ)量豐富等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)取得了極大的發(fā)展，是目前最為成熟的高容量負(fù)極材料。硅負(fù)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(wèn)題，例如晶體硅膨脹大，循環(huán)性能差，氧化亞硅首次庫(kù)倫效率低等問(wèn)題。為此，人們還在不斷的開(kāi)發(fā)各種新型的高容量負(fù)極材料，例如N摻雜石墨類材料、過(guò)渡金屬鋰化物類材料，以及目前風(fēng)頭正勁的金屬鋰負(fù)極材料等，近日中科院長(zhǎng)春應(yīng)化所的DongmingYin等設(shè)計(jì)了一種新型的無(wú)粘接劑CuO納米棒電極，該電極是通過(guò)直接在Cu箔上生長(zhǎng)多孔CuO納米棒陣列獲得，該方法防止了粘接劑和導(dǎo)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(dá)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(dá)671mAh/g）。

CuO材料的理論容量達(dá)到670mAh/g，并且具有豐富的資源儲(chǔ)量的優(yōu)勢(shì)，但是CuO同樣也面對(duì)著充放電過(guò)程中體積膨脹過(guò)大的問(wèn)題，納米化是解決材料膨脹大的問(wèn)題的常見(jiàn)辦法，為了克服CuO電極膨脹大的問(wèn)題，DongmingYin利用金屬有機(jī)物框架（MOFs）的方法直接在銅箔上生長(zhǎng)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(yīng)生成Cu-TCNQ，然后在250℃下進(jìn)行熱處理后，Cu-TCNQ將轉(zhuǎn)化為CuO納米棒。

在TCNQ中處理不同時(shí)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(shí)間的延長(zhǎng)，前驅(qū)體納米棒的數(shù)量逐漸新增，經(jīng)過(guò)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(duì)上述制備的CuO負(fù)極進(jìn)行了電化學(xué)測(cè)試，下圖為循環(huán)伏安測(cè)試結(jié)果，從圖上可以看到在第一個(gè)還原過(guò)程中在1.75V左右出現(xiàn)了一個(gè)弱的電流峰，在1.19V出現(xiàn)了一個(gè)強(qiáng)電流峰，在0.85V和0.62V分別出現(xiàn)了兩個(gè)中等強(qiáng)度的電流峰，此過(guò)程中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)如下所示。

容量測(cè)試表明該電極的容量發(fā)揮達(dá)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(dá)到671mAh/g，倍率測(cè)試也同樣表明該電極具有優(yōu)異的電化學(xué)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(dá)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(dá)到300mAh/g。

目前該電極存在的最大的問(wèn)題為首次效率低，該電極在首次充電時(shí)，其充電容量可達(dá)到1341mAh/g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其理論容量670mAh/g，但是首次效率僅為58%，導(dǎo)致這一現(xiàn)象的重要原因有兩點(diǎn)：1）反應(yīng)過(guò)程中生成的Li2O不具有反應(yīng)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(dǎo)致該CuO電極的首次效率較低。因此該材料應(yīng)用還要配合補(bǔ)鋰技術(shù)使用。

DongmingYin等開(kāi)發(fā)的利用金屬有機(jī)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(jiǎn)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(zhǎng)SiOx納米棒等，利用納米材料的優(yōu)勢(shì)克服材料在充放電過(guò)程中的體積膨脹，因此該方法具有非常好的應(yīng)用前景。