为了满足消费电子、电动汽车、储能电源等应用领域突飞猛进的发展，急需进一步提高锂离子电池的能量密度、功率密度、循环寿命和安全性。为此，高性能电极材料的开发是关键，也是研究热点和难点。

 

本课题组研究人员长期致力于高效、稳定的高容量、高倍率锂离子电池电极材料研究（Adv. Mater., 2008, 20, 2878; Adv. Mater., 2008, 20, 1160; Adv. Mater., 2009, 21, 2710; Adv. Mater., 2010, 22, 4591; Adv. Mater., 2011, 23, 4415; Energy. Environ. Sci., 2011, 4, 1634）。通过系统研究，我们发现各种纳米碳结构单元（纳米碳颗粒、纳米碳管、石墨烯、纳米多孔碳等）形成的具有纳米通道的三维导电网络，不但可以有效分散活性电极材料纳米颗粒、防止其团聚，还可以高速输送锂离子和电子到每个活性纳米颗粒表面，从而真正发挥纳米结构电极材料的动力学优势，开发出兼具高容量和高倍率性能的锂离子电池电极材料（图1）。

 

我们提出“纳米碳三维导电网络”电极材料结构理性设计理念，大幅提高了多种纳米结构正、负极材料的电化学性能，取得系列进展（J. Am. Chem. Soc., 2012, 134, 2512; Energy. Environ. Sci., 2012, 5, 5221；Adv. Energy Mater., 2012, 2, 1086；Chem. Commun., 2012, 48, 2198；Chem. Commun., 2012, 48, 10663；J. Mater. Chem., 2012, 22, 17456；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4, 2824；ACS Appl. Mater. Interfaces, 2012, 4, 4858；Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14, 2934）。并应美国化学会的Accounts of Chemical Research期刊邀请，撰写了题为“Nanocarbon Networks for Advanced Rechargeable Lithium Batteries”的综述文章，系统介绍了纳米碳三维导电网络结构电极材料在高性能锂离子电池及未来高比能金属锂二次电池（锂-硫电池和锂空气电池等）中的应用和发展前景。

 

图1. 利用纳米碳三维导电网络构筑高性能锂离子电池电极材料示意图。