近日，大連理工大學材料科學與工程學院黃昊教授的能源材料及器件實驗室在影響因子高達11.553的國際能源領(lǐng)域頂級期刊《NanoEnergy》上，發(fā)表以“Fe3NconstrainedinsideCnanocagesasananodeforLi-ionbatteriesthroughpost-synthesisnitridation”為題目的研究成果。

該項研究針對鋰離子二次電池在循環(huán)過程中活性物質(zhì)嚴重體積膨脹造成電極粉化失效的瓶頸問題，提出了碳約束氮化鐵納米核殼結(jié)構(gòu)。實驗證明，在500次循環(huán)中電池仍能維持工作容量，未發(fā)現(xiàn)明顯衰減。

長期以來，鋰離子電池高密度儲能與其電極材料穩(wěn)定性是一對矛盾體。要實現(xiàn)高密度儲能，電極就很難在長期循環(huán)中保持完整和穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

該項研究結(jié)合等離子體物理和化學氮化工藝,制備了碳約束氮化鐵納米材料作為鋰離子電池負極材料。這種新型的納米材料在微觀上同時實現(xiàn)了高密度儲能和結(jié)構(gòu)約束。電解液可以通過缺陷位置自由進入碳層內(nèi)部，與活性物質(zhì)氮化鐵發(fā)生電化學反應(yīng)。

柔韌的碳殼不僅能夠緩解活性物質(zhì)儲放鋰過程中的體積漲縮、導致電極粉化失效問題，同時碳層優(yōu)良的本征導電性為界面電荷快速轉(zhuǎn)移提供有效路徑，從而實現(xiàn)了碳約束氮化鐵納米材料在鋰離子電池中長循環(huán)高密度充放電性能。研究成果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。