近日，大連理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院能源材料及器件（EnergyMaterials&Devices，EMD）實(shí)驗(yàn)室黃昊教授及其團(tuán)隊(duì)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(yīng)）為題目發(fā)表在美國化學(xué)學(xué)會(huì)旗艦期刊ACSNano2018,12,8037-8047（影響因子：13.709）。文中刊發(fā)圖片，使用SnS2半填充碳納米管新負(fù)極材料制作的鋰離子電池驅(qū)動(dòng)了LED矩陣，“點(diǎn)亮”了大連理工大學(xué)校徽。

鋰離子電池電極材料在充放電過程中存在嚴(yán)重的體積膨脹，導(dǎo)致容量衰減和低導(dǎo)電率。研究團(tuán)隊(duì)在這一瓶頸問題上取得突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了碳約束核殼結(jié)構(gòu)負(fù)極材料的制備，解決了鋰離子電池容量衰減的關(guān)鍵難題。

在此基礎(chǔ)上，他們開發(fā)了一種SnS2半填充碳納米管新型鋰離子電池負(fù)極材料。該負(fù)極材料在充放電循環(huán)過程中體現(xiàn)了“非常規(guī)”的容量逆增長特性。這意味著該電池使用時(shí)間越用越長。

研究人員通過一系列微觀結(jié)構(gòu)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(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這在該項(xiàng)研究中被實(shí)驗(yàn)室稱之為“口袋效應(yīng)”。

以此新型負(fù)極材料組裝的鋰離子電池具有優(yōu)異的儲(chǔ)鋰性能和安全系數(shù)，是目前商業(yè)化鋰離子電池（碳基負(fù)極材料）容量的3至7倍，并且在0~60oC下穩(wěn)定運(yùn)行。

能源材料及器件實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過多年科研攻關(guān)，在基于鋰離子電池電極材料在充放電過程中嚴(yán)重的體積膨脹導(dǎo)致容量衰減和低導(dǎo)電率的瓶頸問題上，取得突破性進(jìn)展，實(shí)現(xiàn)了碳約束核殼結(jié)構(gòu)負(fù)極材料的制備，解決了鋰離子電池容量衰減的關(guān)鍵難題。在此基礎(chǔ)上，實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了一種SnS2半填充碳納米管新型鋰離子電池負(fù)極材料。該負(fù)極材料在充放電循環(huán)過程中體現(xiàn)了“非常規(guī)”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(jīng)過470次循環(huán)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(shí)間越用越長。

實(shí)驗(yàn)室通過一系列的微觀結(jié)構(gòu)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(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，這在該項(xiàng)研究中被實(shí)驗(yàn)室稱之為“口袋效應(yīng)”。以此新型負(fù)極材料組裝的鋰離子電池具有優(yōu)異的儲(chǔ)鋰性能和安全系數(shù)，是目前商業(yè)化鋰離子電池（碳基負(fù)極材料）容量的3-7倍，并且在0-60oC下穩(wěn)定運(yùn)行。

該項(xiàng)研究成果是在黃昊教授指導(dǎo)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(xué)基金及中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目的聯(lián)合資助，并受到物理學(xué)院趙紀(jì)軍教授、（美國華盛頓大學(xué)）曹國忠教授等相關(guān)研究人員的大力支持。

近年來，材料科學(xué)與工程學(xué)院能源材料及器件實(shí)驗(yàn)室面向能源領(lǐng)域國家重大需求，探索納米材料宏量制備、納米結(jié)構(gòu)控制、電極高密度儲(chǔ)能等關(guān)鍵技術(shù)，為提升納米能源材料及器件工程化應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。相關(guān)成果發(fā)表在NanoEnergy,AdvancedMaterialsInterfaces,JournalofPhysicalChemistryC,ElectrochimicaActa等期刊，其中一篇成為2017年ESI高被引論文。

本文摘自：有色金屬結(jié)構(gòu)材料