哈工大团队在锂离子电池负极材料方面取得重要进展

哈尔滨工业大学化工与化学学院陈刚教授带领的能量转换材料团队在锂离子电池负极材料的研究方面取得重要进展。研究成果发表于材料科学领域顶级期刊《先进材料》（影响因子19.79），论文题目为《构建二维纳米流体通道以实现优异的电化学能量储存》（Engineering 2D Nanofluidic Li-Ion Transport Channels for Superior Electrochemical Energy Storage），该文章被选为当期封面文章（Front Cover），陈刚教授为文章通讯作者，团队博士生闫春爽和吕查德为共同第一作者，我校为第一通讯单位。
 
近年来，锂离子电池由于具有能量密度高、循环寿命长且对环境友好等特点，已经逐渐成为便携式电子设备的主流电源，并被认为是可以应用于电动汽车、混合电动汽车驱动装置中最有前景的电源。此外，锂离子电池可以储存与转换太阳能、风能等绿色能源，以缓解上述绿色能源的间断性与不稳定性，实现能量的供需平衡。目前，诸多领域对于锂离子电池的需求量日益增大，传统电极材料的容量以及快速充放电能力已经达到瓶颈。研发高倍率性能的电极材料以满足有效且快速的能量存储与输出迫在眉睫。
 
陈刚团队率先提出将二维纳米流体（2D Nanofluidic）结构引入氧化钴负极材料来提高材料的倍率性能。该团队通过简单的溶胶凝胶法制备了阴离子基团表面修饰的纳米片，这些修饰的基团促使纳米片组装成能够自支撑的层层堆叠结构。纳米片层的间距稍小于锂离子德拜长度的二倍，可以为锂离子的传输提供二维流体通道。通道内壁的负电基团会选择性吸引锂离子，排斥负电离子，加速锂离子的传输。通过电化学测试发现，流体通道纳米片的离子电导率比块体材料增大几个数量级，电池的倍率性能得到大幅度地提高。该研究工作为有效提高电极材料倍率性能指明新方向，同时为构建高功率、高稳定性的锂离子电池提供了新的探索思路。
 
研究工作得到了国家自然科学基金及德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授的合作支持。
 
陈刚教授研究团队致力于新型能量转换功能材料的研究工作，2017年在《先进材料》《先进功能材料》《纳米能源》等杂志发表高水平研究论文20余篇，其中ESI热点论文1篇、高被引论文2篇。研究团队获2017年度工信创新创业奖学金及哈工大“十佳研究生团队”。论文第一作者13级博士生闫春爽以第一作者身份发表SCI论文8篇，其中影响因子大于10的4篇，总影响因子累计大于70，获宝钢优秀学生奖、春晖创新成果奖、研究生国家奖学金并被评为哈工大研究生十佳英才。