近日，中南大學冶金與環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展需求，研究開發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、短循環壽命與高安全風險的世界難題，首次發現 “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次循環無鋰枝晶”的金屬鋰負極(SR-G/Li)，此項研究成果近日發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壽命的新型3D金屬鋰負極，近日發表于權威期刊Energy Storage Materials。

(圖1 SR-G/Li負極的制備機理示意圖(a)、5 mA·cm2下循環性能(b)及LiFePO4電池1C循環性能(c))

(2)針對富鎳/富鋰錳層狀氧化物正極材料結構不穩定、Li+遷移受阻及其與電解液反應導致循環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}面擇優生長正交納米片結構富鋰錳材料、以及異質外延結構富鋰錳/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循環性能(e))

(3)針對鋰硫電池高安全、長壽命與高比能難以協同問題，在S-C復合材料構筑、循環衰減機制以及截硫導鋰方法等方面取得了系列創新性成果，在能源材料Top 期刊Nano Energy 、Energy Storage Materials和J. Mater. Chem. A等發表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年度國家重點研發計劃項目(No. 2018YFB0104200，2261萬元)。項目實施3年內，將在國際上率先實現高比能(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“高比能光伏轉換與儲存一體化柔性電源”。