深圳先進院等發(fā)展出提升雙離子電池正極容量有效策略
近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其團隊聯(lián)合澳洲格里菲斯大學(xué)張山青教授等人，提出了一種局域有序石墨化策略，顯著提升了雙離子電池正極容量和動力學(xué)性能。相關(guān)研究成果以Locally Ordered Graphitized Carbon Cathodes for High-Capacity Dual-Ion Batteries為題已在線發(fā)表于化學(xué)頂級期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, DOI: 10.1002/anie.202016233, IF: 12.959）。論文通訊作者是唐永炳研究員和張山青教授，共同第一作者是聯(lián)培碩士生楊凱、劉齊榮副研究員和鄭勇平助理研究員。
雙離子電池具有高工作電壓、低成本、環(huán)境友好等優(yōu)點，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，石墨正極較低的陰離子插層容量限制了雙離子電池的能量密度提升。因此，揭示限制石墨正極比容量發(fā)揮的深層次機理，進而針對性開發(fā)具有高容量的正極材料，對提升雙離子電池能量密度具有重要意義。
鑒于此，唐永炳研究員及其團隊成員楊凱、劉齊榮、鄭勇平等人首先通過理論計算發(fā)現(xiàn)：在陰離子插層過程中，石墨正極層間范德華力以及陰離子間靜電排斥效應(yīng)逐漸提高了陰離子的插層電勢，從而限制了陰離子的插層比容量。因此，設(shè)計具有局域有序石墨化碳結(jié)構(gòu)（LOGC），不僅有利于減少層間范德華力，并且有助于改進正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。結(jié)果表明，這類正極材料可顯著提升正極容量（232mAh g-1），并表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率和循環(huán)性能（1000次循環(huán)容量無衰減）。該工作為發(fā)展高容量雙離子電池正極材料提供了一種有效的解決策略。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金，廣東省科技計劃、深圳市科技計劃等項目資助。
圖（a）LOGC結(jié)構(gòu)及儲陰離子示意圖；（b）活性碳、LOGC以及石墨的儲陰離子電勢變化示意圖；基于LOGC正極的鉀基雙離子電池充放電曲線（c）以及長循環(huán)性能（d）。
