近日，合肥工業(yè)大學化學與化工學院張衛(wèi)新教授課題組與香港科技大學楊世和教授等合作，在鋰離子電池電極材料研究方面取得重要進展。該課題組提出了一種新穎的軟化學合成方法，成功地在乙醇/水體系中制備了鋰離子電池富鋰、三元、高電位鎳錳等正極材料和過渡金屬氧化物負極材料等一系列具有均勻形貌的一維微納結(jié)構(gòu)電極材料，所制備的電極材料表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。相關(guān)研究成果以“A General and Mild Approach to Controllable Preparation of Manganese-Based Micro- and Nanostructured Bars for High Performance Lithium-Ion Batteries”為題發(fā)表于國際化學領(lǐng)域的頂級刊物《德國應(yīng)用化學》（Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 3667-3671，影響因子11.336）上，張衛(wèi)新教授指導(dǎo)的碩士研究生馬國、李昇為論文的共同第一作者。

圖1. 一維微納結(jié)構(gòu)Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2富鋰錳基鋰離子電池電極材料： (a) 前驅(qū)體FESEM照片， (b) 產(chǎn)物FESEM照片，(c-h) 產(chǎn)物相關(guān)表征

圖2. 其它一維微納結(jié)構(gòu)電極材料的FESEM照片： (a, b) Li1.2Ni0.2Mn0.6O2前驅(qū)體及產(chǎn)物；(c, d) LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2前驅(qū)體及產(chǎn)物；(e, f) LiNi0.5Mn1.5O4前驅(qū)體及產(chǎn)物

以電動汽車和電網(wǎng)蓄能為重大應(yīng)用需求的下一代鋰離子電池，在滿足安全、環(huán)保、成本、壽命等基本條件下，要求具有更高的能量密度和快速充放電能力。該課題組將均勻一維微納結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)勢與鋰離子電池在高能量密度、高功率密度方面的應(yīng)用需求相結(jié)合，基于簡單的乙醇/水體系，深入地研究了多元金屬離子共沉淀反應(yīng)成核動力學過程，實現(xiàn)了對材料組成、結(jié)構(gòu)與形貌的有效調(diào)控，成功地制備出一系列具有均勻形貌的富鋰、三元、高電位鎳錳等一維微納結(jié)構(gòu)錳基鋰離子電池電極材料。它們在鋰離子電池充放電過程中能夠較好地保持一致的充放電狀態(tài)，同時一維微納結(jié)構(gòu)有利于縮短鋰離子擴散和電子傳輸路徑、緩沖鋰離子在嵌入和脫出過程中引起的結(jié)構(gòu)應(yīng)變，因而賦予鋰離子電池優(yōu)異的電化學性能。其中,所制備的均勻一維微納結(jié)構(gòu)富鋰材料Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2在0.1C電流密度下的放電容量為297.1 mAh g-1，在10 C電流密度下的放電容量為151.0 mAh g-1，0.5 C電流密度下循環(huán)100次后的容量保持率達95%。

該方法工藝簡單，操作方便，反應(yīng)的溶劑可以回收再利用，綠色環(huán)保，且易于工業(yè)放大。該項研究工作得到了國家自然科學基金重大研究計劃培育項目資助，具有重要的科學意義和廣闊的應(yīng)用前景。