近日，我校冶金與環(huán)境學院賴延清教授團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)。

賴延清教授學術團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極、高容量富鎳/富鋰錳層狀氧化物正極、以及長壽命硫碳復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負極枝晶生長并導致低庫倫效率、短循環(huán)壽命與高安全風險的世界難題，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”的金屬鋰負極(SR-G/Li)，此項研究成果近日發(fā)表于材料領域國際頂級期刊Advanced Materials 。另外，通過噴涂具有低沉鋰過電位的納米粒子，誘導生長獲得了高庫倫效率長循環(huán)壽命的新型3D金屬鋰負極，近日發(fā)表于權威期刊Energy Storage Materials。

(圖1 SR-G/Li負極的制備機理示意圖(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構不穩(wěn)定、Li+遷移受阻及其與電解液反應導致循環(huán)壽命與倍率性能不理想這一前沿問題，構筑了Ti4+雙向擴散包覆NiTiO3富鎳材料、{010}面擇優(yōu)生長正交納米片結構富鋰錳材料、以及異質(zhì)外延結構富鋰錳/尖晶石復合材料等高容量正極材料。相關成果分別發(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)復合材料合成過程(a)、外延結構(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復合材料構筑、循環(huán)衰減機制以及截硫?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復合層次孔炭(G/MPC/SP)構筑流程(a)、微觀結構(b/c)及其載S正極的電化學性能(d)

基于上述成果，賴延清教授作為項目負責人申報獲批了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(當前電池的2倍以上)鋰硫電池的工程化制造與裝車應用示范。同時，賴延清教授還獲批國家自然科學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”。