化學所在鈦酸鋰電極材料空心結構構筑研究中取得進展

空心復合結構材料因其自身神奇的結構特點在諸如光、電、磁、催化、生物醫學、能源存儲與轉換等眾多范疇中具有廣闊的使用前景。通過對空腔殼層的組分、結構、表面特性的合理調控，可以實現對功能材料性能的設計，從而滿足不同范疇的特殊需求。對于鋰電池電極材料的設計與使用優化而言，充足利用空腔結構在電解液浸潤、鋰離子傳輸、復合結構設計方面的優點，構筑具有空腔結構的微納復合材料已經成為提高電極材料倍率性能、穩定性的有效途徑，而要怎么樣克服傳統空腔結構構筑中存在的工藝繁瑣、耗時長、污染嚴重、成本高等一系列缺陷，基于新的機理和路徑實現電極材料空腔結構的大規模可控制備已經成為相關研究的一個緊要挑戰。

在中國科學院先導專項的大力支持下，中科院化學研究所分子納米結構與納米技術院重點試驗室曹安民課題組科研人員在空心復合結構的可控構筑研究方面取得新進展。他們從聚合誘導膠體凝聚法出發，首次提出了基于實心顆粒內部梯度結晶的神奇方式來筆直在顆粒內部構筑空心復合結構。在試驗中，他們通過對具有較低結晶度的有機-無機復合前驅體結晶過程的精確控制，實現了實心顆粒由外及里的逐步結晶，并通過顆粒內部應力的累積及調控使得顆粒的內核自動分裂而筆直萌生空腔（見圖1）。此辦法操作簡單、綠色環保、成本低、可規模化加工且具有普適性，可以成功制備一系列不同氧化物的復合空心結構（如TiO2-C、SnO2-C、CeO2-C、ZrO2-C、Li4Ti5O12-C等，見圖2）。基于相關辦法制備的Li4Ti5O12-C空心復合微球可作為鋰電池負極材料，并表現出優異的循環穩定性和高倍率性能。該結果以全文形式發表在《美國化學會志》（J.Am.Chem.Soc.2016,138,5916-5922）上。

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