近日，合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院張衛(wèi)新教授課題組與香港科技大學(xué)楊世和教授等合作，在鋰離子電池電極材料研究方面取得重要進(jìn)展。該課題組提出了一種新穎的軟化學(xué)合成方法，成功地在乙醇/水體系中制備了鋰離子電池富鋰、三元、高電位鎳錳等正極材料和過渡金屬氧化物負(fù)極材料等一系列具有均勻形貌的一維微納結(jié)構(gòu)電極材料，所制備的電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能。相關(guān)研究成果以“A General and Mild Approach to Controllable Preparation of Manganese-Based Micro- and Nanostructured Bars for High Performance Lithium-Ion Batteries”為題發(fā)表于國際化學(xué)領(lǐng)域的頂級刊物《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3667-3671，影響因子11.336）上，張衛(wèi)新教授指導(dǎo)的碩士研究生馬國、李昇為論文的共同第一作者。
圖1. 一維微納結(jié)構(gòu)Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2富鋰錳基鋰離子電池電極材料： (a) 前驅(qū)體FESEM照片， (b) 產(chǎn)物FESEM照片，(c-h) 產(chǎn)物相關(guān)表征
圖2. 其它一維微納結(jié)構(gòu)電極材料的FESEM照片： (a, b) Li1.2Ni0.2Mn0.6O2前驅(qū)體及產(chǎn)物；(c, d) LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2前驅(qū)體及產(chǎn)物；(e, f) LiNi0.5Mn1.5O4前驅(qū)體及產(chǎn)物
以電動汽車和電網(wǎng)蓄能為重大應(yīng)用需求的下一代鋰離子電池，在滿足安全、環(huán)保、成本、壽命等基本條件下，要求具有更高的能量密度和快速充放電能力。該課題組將均勻一維微納結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢與鋰離子電池在高能量密度、高功率密度方面的應(yīng)用需求相結(jié)合，基于簡單的乙醇/水體系，深入地研究了多元金屬離子共沉淀反應(yīng)成核動力學(xué)過程，實(shí)現(xiàn)了對材料組成、結(jié)構(gòu)與形貌的有效調(diào)控，成功地制備出一系列具有均勻形貌的富鋰、三元、高電位鎳錳等一維微納結(jié)構(gòu)錳基鋰離子電池電極材料。它們在鋰離子電池充放電過程中能夠較好地保持一致的充放電狀態(tài)，同時(shí)一維微納結(jié)構(gòu)有利于縮短鋰離子擴(kuò)散和電子傳輸路徑、緩沖鋰離子在嵌入和脫出過程中引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)變，因而賦予鋰離子電池優(yōu)異的電化學(xué)性能。其中,所制備的均勻一維微納結(jié)構(gòu)富鋰材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2在0.1C電流密度下的放電容量為297.1 mAh g-1，在10 C電流密度下的放電容量為151.0 mAh g-1，0.5 C電流密度下循環(huán)100次后的容量保持率達(dá)95%。
該方法工藝簡單，操作方便，反應(yīng)的溶劑可以回收再利用，綠色環(huán)保，且易于工業(yè)放大。該項(xiàng)研究工作得到了國家自然科學(xué)基金重大研究計(jì)劃培育項(xiàng)目資助，具有重要的科學(xué)意義和廣闊的應(yīng)用前景。
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