中科院能量轉(zhuǎn)化材料重點實驗室、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院材料系余彥教授課題組與德國馬普固體研究所（Max-Planck-Institute for Solid State Research）合作，發(fā)展了一種室溫氧化還原自組裝方法，成功合成了混價釩氧化物的三維納米織構(gòu)，并將該材料應(yīng)用于高能量密度鋰離子電池正極材料，取得了優(yōu)異的電化學(xué)性能。該成果以“3D V6O13Nanotextiles Assembled from Interconnected Nanogrooves as Cathode Materials for High-Energy Lithium Ion Batteries”為題發(fā)表在《納米快報》上（NanoLetters, 2015, DOI: 10.1021/nl504705z）
近年來，釩氧化物因高比容量以及豐富的資源，已經(jīng)被作為鋰離子電池正極材料廣泛研究。相比傳統(tǒng)的釩氧化物(V2O5，VO2)，具有混合價態(tài)的釩氧化物V6O13由于較難合成因而很少被研究。最新的研究結(jié)果表明，V6O13這種材料在室溫時顯示了金屬特性，當(dāng)其被用作鋰離子電池的正極材料時可以接受八個鋰離子(單位分子)，從而表現(xiàn)出高達417 mAhg-1的理論比容量和900Whkg-1的理論比能量。但是，在制備過程中，由于釩具有混合價態(tài)的特性，導(dǎo)致該材料的可控制備存在較大的挑戰(zhàn)。本工作中，研究人員提出了一種簡單的基于室溫溶液體系的氧化還原自組裝方法成功實現(xiàn)了V6O13的可控制備，并且可以實現(xiàn)量化生產(chǎn)。作為鋰離子電池正極材料時，這種由一維納米槽編織而成的三維多級結(jié)構(gòu)，其一維納米單元具有較高的比表面積，有利于電解液的滲透，同時能夠促進快速的鋰離子和電子傳輸，更為重要的是，三維相互鉸鏈的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能夠有效抑制地其一維單元的團聚和粉化，從而表現(xiàn)出高達780 Wh kg-1的比能量。該工作對于今后氧化物體系或其他體系的研究表現(xiàn)出了重要的指導(dǎo)意義，為高性能鋰電池電極材料的設(shè)計和制備提供了新思路。
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余彥教授為該論文的通訊作者，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)為該論文的第一單位。該工作得到了自然基金委、新世紀(jì)優(yōu)秀人才計劃、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)創(chuàng)新團隊培育基金、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費專項資金資助以及蘇州納米科技協(xié)同創(chuàng)新中心的大力支持。
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