大連理工黃昊研發出SnS2半填充碳納米管新型鋰離子電池負極材料 “點亮”校徽

近日，大連理工大學材料科學與工程學院能源材料及器件（EnergyMaterials&Devices，EMD）試驗室黃昊教授及其團隊科研成果，以“InverseCapacityGrowthandPocketEffectinSnS2SemifilledCarbonNanotubeAnode”（SnS2半填充碳納米管陽極的容量逆增長和口袋效應）為題目發表在美國化學學會旗艦期刊ACSNano2018,12,8037-8047（影響因子：13.709）。文中刊發圖片，使用SnS2半填充碳納米管新負極材料制作的鋰電池驅動了LED矩陣，“點亮”了大連理工大學校徽。

鋰電池電極材料在充放電過程中存在嚴重的體積膨脹，導致容量衰減和低導電率。研究團隊在這一瓶頸問題上取得沖破性進展，實現了碳約束核殼結構負極材料的制備，處理了鋰電池容量衰減的關鍵難題。

在此基礎上，他們開發了一種SnS2半填充碳納米管新型鋰電池負極材料。該負極材料在充放電循環過程中體現了“非常規”的容量逆增長特性。這意味著該電池使用時間越用越長。

研究人員通過一系列微觀結構表征揭示，增長的容量來源于碎化的SnS2晶粒界面，而碎化的晶粒被碳納米管包覆約束，保持了良好的導電網絡，這在該項研究中被試驗室稱之為“口袋效應”。

以此新型負極材料組裝的鋰電池具有優異的儲鋰性能和安全系數，是目前商業化鋰電池（碳基負極材料）容量的3至7倍，并且在0~60oC下穩定運行。

能源材料及器件試驗室經過多年科研攻關，在基于鋰電池電極材料在充放電過程中嚴重的體積膨脹導致容量衰減和低導電率的瓶頸問題上，取得沖破性進展，實現了碳約束核殼結構負極材料的制備，處理了鋰電池容量衰減的關鍵難題。在此基礎上，試驗室開發了一種SnS2半填充碳納米管新型鋰電池負極材料。該負極材料在充放電循環過程中體現了“非常規”的容量逆增長特性。在0.3Ag-1電流密度下，首次放電容量為1258mAhg-1，經過470次循環容量逐漸增長至2733mAhg-1，超過初始容量的2倍，這意味著該電池使用時間越用越長。

試驗室通過一系列的微觀結構表征揭示了所增長的容量來源于碎化的SnS2晶粒界面，而碎化的晶粒被碳納米管包覆約束，保持良好的導電網絡，這在該項研究中被試驗室稱之為“口袋效應”。以此新型負極材料組裝的鋰電池具有優異的儲鋰性能和安全系數，是目前商業化鋰電池（碳基負極材料）容量的3-7倍，并且在0-60oC下穩定運行。

該項研究成果是在黃昊教授指揮下，由博士生靳曉哲（第一作者）等完成。研究工作得到國家自然科學基金及中央高校基本科研業務費項目的聯合資助，并受到物理學院趙紀軍教授、（美國華盛頓大學）曹國忠教授等相關研究人員的大力支持。

近年來，材料科學與工程學院能源材料及器件試驗室面向能源范疇國家重大需求，探索納米材料宏量制備、納米結構控制、電極高密度儲能等關鍵技術，為提升納米能源材料及器件工程化使用提供理論基礎和技術支撐。相關成果發表在NanoEnergy,AdvancedMaterialsInterfaces,JournalofPhysicalChemistryC,ElectrochimicaActa等期刊，其中一篇成為2017年ESI高被引論文。

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