南航朱孔军团队: 简便工艺快速制备高性能 Li₃VO₄@rGO 负极材料

研究背景

得益于 Li₃VO₄ 作为锂离子电池负极材料时相对适中的工作电位 (0.5-1.0 V vs. Li+/Li)，在避开锂枝晶生长电位保证安全性的同时也保证了组装的电池可以具有相对较高的能量密度。此外 Li₃VO₄ 具有较高的理论容量 (592 mAh g^–1) 以及充放电过程中较小的体积膨胀率 (<20%)，这些优势使得 Li₃VO₄ 有望成为石墨负极 (372 mAh g^–1) 的替代品。

然而 Li₃VO₄ 本身极低的导电性限制了其大规模应用的可能，此外如何通过较为简便的工艺来实现 Li₃VO₄ 形貌和晶粒尺寸的调控，从而满足更高的电化学性能的需求也是一大难题。

研究内容

近日，南京航空航天大学朱孔军教授带领研究团队采用了一种匀速旋转溶剂热法，在无需任何后处理的情况下一步制备了 Li₃VO₄@rGO 复合负极材料。

该工作采用的匀速旋转溶剂热法与加入的石墨烯纳米片协同作用使得制备的 Li₃VO₄ 晶粒尺寸更细小、分布更均匀，并具有更大的比表面积，这不仅缩短了 Li⁺ 的扩散路径，而且为 Li⁺ 的脱嵌提供了额外的活性位点。此外，氧化石墨烯的复合改善了材料的导电性，从而加速了反应动力学并提高了材料的比容量。因此复合负极表现出优越的循环性能（在 5 A g^–1 下 4000 次循环后比容量为 249.5 mAh g^–1）和倍率性能（在 10 A g^–1 下比容量为 243.3 mAh g^-1）。

本研究提出了一种简便快速的方法制备电化学性能优异的 Li₃VO₄ 负极材料，该方法还有望拓展到其它二次离子电池电极材料的制备中。相关成果以“One−step uniform rotation solvothermal synthesis of Li₃VO₄@rGO anode material with superior cycle and rate performance”(《一步匀速旋转溶剂热法制备具有优异循环与倍率性能的 Li₃VO₄@rGO 负极材料》)为题，发表在英国皇家化学会期刊 CrystEngComm 上。

论文信息

One−step uniform rotation solvothermal synthesis of Li₃VO₄@rGO anode material with superior cycle and rate performance

Zhihan Kong, Kongjun Zhu*（朱孔军，南京航空航天大学）, Yu Rao,Penghua Liang, Jiatao Chen,Wei Wang, Chuanxiang Zhang, Jingsong Liu, Kang Yan, and Jing Wang

CrystEngComm., 2023
https://doi.org/10.1039/D3CE00918A

部分作者简介

孔之翰 博士研究生
南京航空航天大学

本文第一作者，南京航空航天大学在读博士研究生，研究方向为新能源二次离子电池电极材料。目前发表 SCI 收录刊物论文 1 篇，公开和授权发明专利 1 项。在本研究工作中主要负责实验设计与数据处理。

朱孔军 教授
南京航空航天大学

本文通讯作者，南京航空航天大学教授，博士生导师，航空航天结构力学及控制全国重点实验室副主任。长期从事压电/铁电功能材料、锂/钠离子电池电极材料、全固态电池关键材料、生物材料等方向的研究。主持或完成国家自然科学基金联合基金重点项目 1 项、面上项目 4 项，江苏省重点研发计划计划课题项目 1 项，以及教育部博士点基金、航空科学基金、江苏省自然科学基金面上项目各 1 项。另外，作为主要成员参加完成、国家自然基金重点项目、国家自然基金面上项目、教育部“长江学者”创新团队、国防科技创新团队各 1 项。发表论文 260 余篇，其中 SCI 收录 206 余篇，总引用 6000 余次。申请专利 79 项，获授权发明专利 32 项。先后入选教育部新世纪优秀人才计划、江苏省“333高层次人才培养工程” 第二层次、江苏省六大人才高峰行动计划和南京市 321人才计划。荣获 2014 年日中陶瓷科学技术交流奖(每年仅 1 人获得)、2013 年中国航空科学技术奖二等奖(排名第 3 位) 和江苏省颗粒学会创新奖特等奖（2017 年度）等奖项。朱孔军教授参与设计和指导了本研究工作。