石墨烯結構示意圖（左）和三維石墨烯基鋰電池正極材料SEM照片（右）

近期，中國科學院合肥物質科學研究院智能機械研究所研究員黃行九、副研究員劉金云等應邀在材料化學國際期刊《材料化學雜志A》（JournalofMaterialsChemistryA）發表關于儲能材料的特邀綜述文章，對高能量密度納米鋰離子電池研究進行了系統總結，重點包括三維納米結構石墨烯基復合材料鋰電池及其高能量密度、高容量、優良倍率性能等研究成果。文章標題為Three-dimensionalgraphene-basednanocompositesforhighenergydensityLi-ionbatteries(J.Mater.Chem.A,2017,DOI:10.1039/C7TA00448F)。

高能量密度鋰離子電池在能源存儲領域（例如新能源汽車動力電池）具有廣闊的應用前景。該綜述詳細介紹了由三維石墨烯和儲能活性材料組成的納米電極復合材料最新研究進展，包括：三維石墨烯與LiFePO4、V2O5、Li2MnSiO4等組成的復合正極，三維石墨烯與Si、Ge、金屬氧化物、金屬硫化物等組成的復合負極。鋰電池納米復合材料中的三維石墨烯被證明能夠提供優良的導電網絡，促進鋰離子和電荷快速轉移，有效緩解脫/嵌鋰過程中的電極結構變化等。

該綜述指出，下一代高能量密度鋰離子電池的發展方向主要在于：研制基于三維石墨烯的電池/超級電容器復合儲能器件；發展石墨烯/LiNi1-x-yCoxMnyO2（例如LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2）、LiNi（1-x-y）CoxAlyO2（例如LiNi0.8Co0.15Al0.05O2）和LiMn2O4等高電壓正極材料，以及石墨烯/NiCo2O4、Sn/Co合金等負極材料；增加電極材料在實際應用中的振實密度和容量穩定性；與電極材料體系相匹配的電解液，特別是提高電解液在高電壓工作條件下的化學穩定性。

該研究工作得到國家自然科學基金資金資助。