微納結(jié)構(gòu)電極材料制備與電池應(yīng)用

陳軍

南開(kāi)大學(xué)  化學(xué)學(xué)院  先進(jìn)能源材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津

*Email: chenabc@nankai.edu.cn

微納結(jié)構(gòu)在電化學(xué)能量?jī)?chǔ)存與轉(zhuǎn)換方面起重要作用，但在可控制備、表界面結(jié)構(gòu)優(yōu)化、電荷傳輸及能量轉(zhuǎn)化規(guī)律揭示等方面仍面臨挑戰(zhàn)，亟待深入研究。針對(duì)已有方法難以實(shí)現(xiàn)正極材料尖晶石室溫合成的難題，提出了“還原-氧化-轉(zhuǎn)化結(jié)晶”新合成方法，室溫合成出穩(wěn)定的納米尖晶石CoMn₂O₄，應(yīng)用于可充電金屬（鋰、鋅）空氣電池，替代貴金屬鉑電極，實(shí)現(xiàn)了金屬空氣電池的非貴金屬正極催化劑的應(yīng)用，其中鋅空氣電池能量密度335 Wh/kg，循環(huán)性能優(yōu)于商品化鉑/碳催化劑為正極的電池。將上述合成方法應(yīng)用于多孔微納尖晶石、層狀結(jié)構(gòu)鋰離子電池電極材料的規(guī)模制備，有效抑制鋰可逆脫嵌所引起的姜泰勒畸變，增加了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，獲得了高容量、高穩(wěn)定性的金屬氧化物負(fù)極和正極材料。提出電極微納化可改善多電子電極反應(yīng)活性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)想，并經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)制備了可充鋰、鈉、鎂電池的微納多級(jí)結(jié)構(gòu)電極負(fù)極和正極；由該類多級(jí)結(jié)構(gòu)電極組裝的電池具有高容量和穩(wěn)定性特點(diǎn)，抑制了金屬枝晶生成，提高了電池的安全性。

關(guān)鍵詞：微納結(jié)構(gòu)；電極材料；電池；穩(wěn)定安全

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Preparation and battery application of micro-nanostructured electrode materials

Jun Chen

Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry (Ministry of Education), College of Chemistry, Nankai University, Tianjin

Reduction-oxidation-transformation crystallization has been proposed for the synthesis of micro-nanostructured electrode materials such as spinel CoMn₂O₄, showing enhanced electrochemical performance in battery application.

1967年出生，南開(kāi)大學(xué)教授。1989年和1992年在南開(kāi)大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位，1999年在澳大利亞臥龍崗大學(xué)獲博士學(xué)位，1999-2002年在日本工業(yè)技術(shù)院任研究員。2002年任南開(kāi)大學(xué)教授。從事固體功能材料與高能化學(xué)電源的研究。在Nature Chem.、Nature Commun.、Science Adv.等期刊上發(fā)表SCI收錄論文290篇，他引20000余次。獲授權(quán)發(fā)明專利16項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化3項(xiàng)。編寫(xiě)《能源化學(xué)》等著作。

2003年獲國(guó)家杰出青年基金，2005年入選長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，2010年和2017年兩次任科技部納米重點(diǎn)項(xiàng)目首席科學(xué)家，2011年獲國(guó)家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)，2014年入選中組部萬(wàn)人計(jì)劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才和英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士，2017年當(dāng)選中國(guó)科學(xué)院院士。

現(xiàn)任中國(guó)化學(xué)會(huì)電化學(xué)委員會(huì)主任，《Inorganic Chemistry Frontiers》、《Science China Materials》、《應(yīng)用化學(xué)》副主編，《ACS Energy Letters》，《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》、《Nano Research》、《Solid State Sciences》、《Journal of Energy Chemistry》、《化學(xué)學(xué)報(bào)》、《電化學(xué)》等期刊編委。