微纳结构电极材料制备与电池应用

陈军

南开大学  化学学院  先进能源材料化学教育部重点实验室，天津

*Email: chenabc@nankai.edu.cn

微纳结构在电化学能量储存与转换方面起重要作用，但在可控制备、表界面结构优化、电荷传输及能量转化规律揭示等方面仍面临挑战，亟待深入研究。针对已有方法难以实现正极材料尖晶石室温合成的难题，提出了“还原-氧化-转化结晶”新合成方法，室温合成出稳定的纳米尖晶石CoMn₂O₄，应用于可充电金属（锂、锌）空气电池，替代贵金属铂电极，实现了金属空气电池的非贵金属正极催化剂的应用，其中锌空气电池能量密度335 Wh/kg，循环性能优于商品化铂/碳催化剂为正极的电池。将上述合成方法应用于多孔微纳尖晶石、层状结构锂离子电池电极材料的规模制备，有效抑制锂可逆脱嵌所引起的姜泰勒畸变，增加了结构稳定性，获得了高容量、高稳定性的金属氧化物负极和正极材料。提出电极微纳化可改善多电子电极反应活性和结构稳定性设想，并经大量实验制备了可充锂、钠、镁电池的微纳多级结构电极负极和正极；由该类多级结构电极组装的电池具有高容量和稳定性特点，抑制了金属枝晶生成，提高了电池的安全性。

关键词：微纳结构；电极材料；电池；稳定安全

参考文献

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Preparation and battery application of micro-nanostructured electrode materials

Jun Chen

Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry (Ministry of Education), College of Chemistry, Nankai University, Tianjin

Reduction-oxidation-transformation crystallization has been proposed for the synthesis of micro-nanostructured electrode materials such as spinel CoMn₂O₄, showing enhanced electrochemical performance in battery application.

1967年出生，南开大学教授。1989年和1992年在南开大学获学士学位和硕士学位，1999年在澳大利亚卧龙岗大学获博士学位，1999-2002年在日本工业技术院任研究员。2002年任南开大学教授。从事固体功能材料与高能化学电源的研究。在Nature Chem.、Nature Commun.、Science Adv.等期刊上发表SCI收录论文290篇，他引20000余次。获授权发明专利16项，实现成果转化3项。编写《能源化学》等著作。

2003年获国家杰出青年基金，2005年入选长江学者特聘教授，2010年和2017年两次任科技部纳米重点项目首席科学家，2011年获国家自然科学二等奖，2014年入选中组部万人计划科技创新领军人才和英国皇家化学会会士，2017年当选中国科学院院士。

现任中国化学会电化学委员会主任，《Inorganic Chemistry Frontiers》、《Science China Materials》、《应用化学》副主编，《ACS Energy Letters》，《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》、《Nano Research》、《Solid State Sciences》、《Journal of Energy Chemistry》、《化学学报》、《电化学》等期刊编委。