我国针对高能二次电池的研究成果获新突破

近日，中南大学冶金与环境学院赖延清教授团队针对高能二次电池的研究成果先后在线发表于能源材料领域国际顶级期刊《Advanced Materials》(IF=19.79)和《Energy Storage Materials》(IF≈13.31)。

赖延清教授学术团队面向高能二次电池发展需求，研究开发了枝晶抑制金属锂负极、高容量富镍/富锂锰层状氧化物正极、以及长寿命硫碳复合正极等新型电极材料，取得了系列创新与突破：

(1)针对金属Li负极枝晶生长并导致低库伦效率、短循环寿命与高安全风险的世界难题，首次发现 “碱金属可在室温下直接将氧化石墨烯(GO)还原”，采用喷涂技术将GO分散液喷涂到金属锂表面，获得“5 mA·cm-2下1000次循环无锂枝晶”的金属锂负极(SR-G/Li)，此项研究成果近日发表于材料领域国际顶级期刊Advanced Materials 。另外，通过喷涂具有低沉锂过电位的纳米粒子，诱导生长获得了高库伦效率长循环寿命的新型3D金属锂负极，近日发表于权威期刊Energy Storage Materials。

(图1 SR-G/Li负极的制备机理示意图(a)、5 mA·cm2下循环性能(b)及LiFePO4电池1C循环性能(c))

(2)针对富镍/富锂锰层状氧化物正极材料结构不稳定、Li+迁移受阻及其与电解液反应导致循环寿命与倍率性能不理想这一前沿问题，构筑了Ti4+双向扩散包覆NiTiO3富镍材料、{010}面择优生长正交纳米片结构富锂锰材料、以及异质外延结构富锂锰/尖晶石复合材料等高容量正极材料。相关成果分别发表于能源材料Top 期刊Nano Lett.、Nano Energy和J. Mater. Chem. A。

(图2 富锂锰(LLO)/尖晶石(S)复合材料合成过程(a)、外延结构(b/c/d)及其1.0 C循环性能(e))

(3)针对锂硫电池高安全、长寿命与高比能难以协同问题，在S-C复合材料构筑、循环衰减机制以及截硫导锂方法等方面取得了系列创新性成果，在能源材料Top 期刊Nano Energy 、Energy Storage Materials和J. Mater. Chem. A等发表SCI论文30余篇(其中ESI高被引论文4篇)，近五年被SCI他引1000余次。

(图3复合层次孔炭(G/MPC/SP)构筑流程(a)、微观结构(b/c)及其载S正极的电化学性能(d))

基于上述成果，赖延清教授作为项目负责人申报获批了2018年度国家重点研发计划项目(No. 2018YFB0104200，2261万元)。项目实施3年内，将在国际上率先实现高比能(当前电池的2倍以上)锂硫电池的工程化制造与装车应用示范。同时，赖延清教授还获批国家自然科学基金重点国际合作研究项目(No. 51720105014，229万元)，与“太阳能之父”新南威尔士大学M. Green院士合作研发“高比能光伏转换与储存一体化柔性电源”。