近日，化學(xué)與化工學(xué)院錢逸泰院士團(tuán)隊(duì)楊劍教授課題組在高性能鋰離子二次電池負(fù)極材料的研究方面獲得重要進(jìn)展。論文以“Mesoporous Amorphous Silicon: A Simple Synthesis of a High-Rate and Long-Life Anode Material for Lithium-Ion Batteries”為題，作為HOT PAPER發(fā)表于《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed，2016，DOI: 10.1002/anie.201608146）上。并被CHEMIE.DE的記者以重要新聞的形式刊登于www.chemeurope.com上（www.chemeurope.com/en/news/160070/; www.q-more.com/en/news/160070/）。該論文的第一作者是我院2016級(jí)博士研究生林良棟。
目前商用鋰離子電池的功率和能量密度已無法滿足人們?nèi)找婕ぴ龅男枨?，因此需要探尋高比容量的電極材料。在負(fù)極材料中，以合金機(jī)制儲(chǔ)鋰的硅材料具有超高的理論比容量，但是在鋰離子脫嵌過程中也面臨著巨大的體積變化（~ 300%）。在充放電循環(huán)中，其往往無法承受反復(fù)體積變化帶來的巨大應(yīng)力而從集流體上脫落，導(dǎo)致電池可逆容量快速衰減。
針對上述存在的問題，合成納米空心結(jié)構(gòu)或者制備非晶材料可以有效緩解材料體積變化帶來的應(yīng)力。但是非晶空心結(jié)構(gòu)硅材料的制備卻異常困難，往往伴隨著昂貴的設(shè)備、危險(xiǎn)的原材料、復(fù)雜的工藝流程。該論文發(fā)展一種簡單的自模板法在低溫下制得介孔非晶硅材料，并利用材料自身易氧化的特性通過高溫退火在材料表面覆蓋一層硅氧化物膜。整個(gè)制備過程完全避免了上述缺點(diǎn)，簡便易行，為規(guī)模化制備高性能硅基負(fù)極材料提供了新的思路。表面硅氧化物膜在首次放電時(shí)能和鋰反應(yīng)生成導(dǎo)電性良好的氧化鋰，增強(qiáng)電極材料與集流體之間的電荷傳輸。材料的多孔結(jié)構(gòu)除了大大緩解充放電過程中的體積效應(yīng)外，還縮短了鋰離子在硅基質(zhì)中擴(kuò)散的路徑。因此該材料展現(xiàn)出良好循環(huán)穩(wěn)定性及倍率性能。在3 A g-1的電流密度下循環(huán)700圈，其可逆容量依舊可以保持在1000mAh g-1以上，容量保持率為88%。
近年來，楊劍教授課題組在新能源儲(chǔ)能材料方面還取得了一系列成果，包括含有氧空位缺陷的二氧化鈦包覆金屬銻納米顆粒的雙層納米管在鋰/鈉離子電池中的應(yīng)用（Adv. Mater., 2016, 28, 4126-4133.），氧缺陷釩酸鋰在鋰離子電池中的應(yīng)用（Adv. Sci., 2015, 2, 1500090，Highlighted by Materialsview china.com），等等。上述研究得到了國家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃(2011CB935901)，國家重大儀器研制專項(xiàng)（61527809），國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（21471090），山東省泰山學(xué)者支持計(jì)劃（ts201511004），山東省杰出青年基金(JQ201205)等項(xiàng)目的支持。
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