高能量密度、安全環(huán)保的鋰離子電池，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子、通訊、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，并有希望作為混合動(dòng)力汽車(chē)（HEVs）和純動(dòng)力汽車(chē)（EVs）的關(guān)鍵組成部件。然而，商業(yè)化鋰離子電池正極材料（磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料等），其理論比容量低，無(wú)法滿足新型鋰離子電池的設(shè)計(jì)要求。因此，發(fā)展高比容量的鋰離子正極材料成為了鋰離子電池領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。硅酸鹽(Li2MSiO4,M=Fe、Mn、Co、Ni)，可以脫嵌2個(gè)Li+，理論上可以提供332 mAh g-1的比容量，然而其低的導(dǎo)電率和鋰離子擴(kuò)散率是限制其發(fā)展的原因之一。
在潘鋒教授的指導(dǎo)下，博士后楊金龍和課題組研究生將硅酸亞鐵鋰與石墨烯復(fù)合，并將該材料作為鋰離子電池正極材料，獲得了優(yōu)越的電化學(xué)性能。在0.05 A g-1電流、1.5-4.8V電壓范圍下，該材料容量高達(dá)300 mAh g-1，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有的商業(yè)化材料（磷酸鐵鋰?yán)碚摫热萘縹170 mAh g-1），并且在大的倍率下（12C），該材料仍有134 mAh g-1的容量體現(xiàn)。本工作發(fā)現(xiàn)，使用石墨烯或者碳納米管可以提供導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，有效改善硅酸亞鐵鋰的電化學(xué)性能。該工作以全文方式，發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A（DOI: 10.1039/C5TA01529D ） 上。
圖1 電子和鋰離子在硅酸亞鐵鋰納米棒和石墨烯復(fù)合材料中傳輸示意圖。
圖2 （a）不同倍率下，硅酸亞鐵鋰和石墨烯復(fù)合材料的容量體現(xiàn)，并與未符合的硅酸亞鐵鋰納米棒作對(duì)比。（b）硅酸亞鐵鋰和石墨烯復(fù)合材料的壽命性能(2A g-1下，循環(huán)240次)。
目前，北京大學(xué)新材料學(xué)院的各課題組正在努力，相互合作，陸續(xù)將更加優(yōu)秀科研工作形成原創(chuàng)專利，并投到高影響力的雜志上。同時(shí)，新材料學(xué)院將產(chǎn)業(yè)與學(xué)術(shù)相結(jié)合，力圖為新能源領(lǐng)域做出自己的貢獻(xiàn)。
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Jinlong Yang, Lin Hu, Jiaxin Zheng, Daping He, Leilei Tian, Shichun Mu and Feng Pan*, “Li2FeSiO4 nanorods bonded with graphene for high performance batteries”, J.Mater.Chem. A, 2015,3(18):9601-9608. (SCI，IF=7.44)
