刘勇副教授等用准单晶结构实现高容量、长寿命锂离子电池取得新进展

       近年来，锂离子电池在便携式电子产品如手机、笔记本电脑上得到广泛应用，并有望未来在电动汽车及可再生能源储能等领域实现大规模应用，但同时对它的性能如能量密度和循环寿命等也将提出更高的要求。目前商业化的锂电池使用石墨材料作为负极，并利用锂离子在正负极之间的“摇椅效应”实现储锂，理论容量低(372mAh/g)是其未来应用的重要瓶颈。正在研发的过渡金属氧化物电极材料通过“转换反应”机制实现并具有储锂容量高的优点，如Co₃O₄或Ni_xCo_3-xO₄的理论容量可以达到890 mAh/g，但这种材料由于”转换反应”机制带来的电极粉化及本身较低的电子传导能力限制了其循环寿命及容量保持率。

       最近由理工学院、光电材料与技术国家重点实验室和bat365在线平台网站太阳能系统研究所刘勇副教授等研究人员针对Ni_xCo_3-xO₄电极材料研发出一系列有趣的微纳结构，如球形颗粒，暴露｛100｝和｛111｝面的多面体和暴露｛100｝面的立方体，并在此基础上进一步合成出由球形颗粒基元构筑的圆管，由多面体基元构筑的四方管，及由立方体基元通过连续的孪晶构筑的具有准单晶结构的六边形管。研究表明这种准单晶结构能提供连续的电子传输通道并可以抑制Ni_xCo_3-xO₄电极材料的粉化。在相对高的电流密度（0.8A/g）充放电下，由该准单晶Ni_xCo_3-xO₄电极材料制备的电池循环1000次后放电容量仍可达到590 mAh/g。该研究成果于6月24日发表在Nature Publishing Group出版的Scientific Reports 5 (2015) 11584 (DOI: 10.1038/srep11584)，论文的主要实验工作由周虞硕士完成。上述工作得到了国家自然科学基金、国家重大科学研究计划及光电材料与技术国家重点实验室的支持。