近日，我校冶金與環(huán)境學(xué)院賴延清教授團(tuán)隊針對高能二次電池的研究成果先后在線發(fā)表于能源材料領(lǐng)域國際頂級期刊《Advanced Materials》(IF=19.79)和《Energy Storage Materials》(IF≈13.31)。

賴延清教授學(xué)術(shù)團(tuán)隊面向高能二次電池發(fā)展需求，研究開發(fā)了枝晶抑制金屬鋰負(fù)極、高容量富鎳/富鋰錳層狀氧化物正極、以及長壽命硫碳復(fù)合正極等新型電極材料，取得了系列創(chuàng)新與突破：

(1)針對金屬Li負(fù)極枝晶生長并導(dǎo)致低庫倫效率、短循環(huán)壽命與高安全風(fēng)險的世界難題，首次發(fā)現(xiàn) “堿金屬可在室溫下直接將氧化石墨烯(GO)還原”，采用噴涂技術(shù)將GO分散液噴涂到金屬鋰表面，獲得“5 mA˙cm-2下1000次循環(huán)無鋰枝晶”的金屬鋰負(fù)極(SR-G/Li)，此項研究成果近日發(fā)表于材料領(lǐng)域國際頂級期刊Advanced Materials 。另外，通過噴涂具有低沉鋰過電位的納米粒子，誘導(dǎo)生長獲得了高庫倫效率長循環(huán)壽命的新型3D金屬鋰負(fù)極，近日發(fā)表于權(quán)威期刊Energy Storage Materials。

(圖1 SR-G/Li負(fù)極的制備機(jī)理示意圖(a)、5 mA˙cm2下循環(huán)性能(b)及LiFePO4電池1C循環(huán)性能(c))

(2)針對富鎳/富鋰錳層狀氧化物正極材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定、Li+遷移受阻及其與電解液反應(yīng)導(dǎo)致循環(huán)壽命與倍率性能不理想這一前沿問題，構(gòu)筑了Ti4+雙向擴(kuò)散包覆NiTiO3富鎳材料、{010}面擇優(yōu)生長正交納米片結(jié)構(gòu)富鋰錳材料、以及異質(zhì)外延結(jié)構(gòu)富鋰錳/尖晶石復(fù)合材料等高容量正極材料。相關(guān)成果分別發(fā)表于能源材料Top 期刊Nano Lett.、Nano Energy和J. Mater. Chem. A。

(圖2 富鋰錳(LLO)/尖晶石(S)復(fù)合材料合成過程(a)、外延結(jié)構(gòu)(b/c/d)及其1.0 C循環(huán)性能(e))

(3)針對鋰硫電池高安全、長壽命與高比能難以協(xié)同問題，在S-C復(fù)合材料構(gòu)筑、循環(huán)衰減機(jī)制以及截硫?qū)т嚪椒ǖ确矫嫒〉昧讼盗袆?chuàng)新性成果，在能源材料Top 期刊Nano Energy 、Energy Storage Materials和J. Mater. Chem. A等發(fā)表SCI論文30余篇(其中ESI高被引論文4篇)，近五年被SCI他引1000余次。

(圖3復(fù)合層次孔炭(G/MPC/SP)構(gòu)筑流程(a)、微觀結(jié)構(gòu)(b/c)及其載S正極的電化學(xué)性能(d)

基于上述成果，賴延清教授作為項目負(fù)責(zé)人申報獲批了2018年度國家重點研發(fā)計劃項目(No. 2018YFB0104200，2261萬元)。項目實施3年內(nèi)，將在國際上率先實現(xiàn)高比能(當(dāng)前電池的2倍以上)鋰硫電池的工程化制造與裝車應(yīng)用示范。同時，賴延清教授還獲批國家自然科學(xué)基金重點國際合作研究項目(No. 51720105014，229萬元)，與“太陽能之父”新南威爾士大學(xué)M. Green院士合作研發(fā)“高比能光伏轉(zhuǎn)換與儲存一體化柔性電源”。