杜显锋教授、熊礼龙等在锂离子电池聚合物电极材料领域取得重要进展

youjiang

随着碳中和目标的快速推进和新能源产业的大力发展，我国的能源结构正面临着重大变革，储能系统作为能量存储和转化的重要载体，成为支撑能源革命的关键一环。锂离子电池作为当前技术最成熟、使用最广泛的储能系统之一，在能量密度、功率密度、成本等方面存在固有短板，难以应对能源结构变革的新挑战。聚合物具有比容量高、倍率性能好、结构可设计、资源丰富及力学柔性等特点，被认为是一种非常有前景的储能材料，近年来不断被研究者运用到锂离子电池领域。然而，聚合物在结构稳定性、电导率和在电解液中的溶解性等方面还存在缺憾，是未来研究亟待解决的问题。因此，回顾和展望锂离子电池聚合物电极材料的优缺点、研究进展和发展趋势，从而分析关键的科学问题和可能的解决方案，对加速锂离子电池的发展具有重要意义。

        近日，西安交通大学化学学院杜显锋教授、熊礼龙副教授和机械工程学院孙孝飞副教授合作在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）上发表题为《锂离子电池聚合物电极材料》（Polymer Electrode Materials for Lithium-Ion Batteries）的综述文章，系统总结了聚合物活性材料在锂离子电池领域的最新研究进展，从固有的结构差异角度分析了其氧化还原机理、电化学性能和合成方法。针对聚合物材料在实际应用中存在的不足，按照“分子-形态-复合”的分层方法整合了性能改进策略，包括分子结构修饰、微观形态控制以及材料复合等。分子结构工程通过对聚合物骨架、官能团、聚合度、掺杂离子等设计来提高聚合物的理论容量，改善电子/离子传输和结构稳定性；微观结构工程通过构建高比表面积、多孔及网络结构等以改善离子迁移和提高活性材料利用率；复合工程通过引入导电性良好的复合材料进一步优化聚合物活性材料的电化学性能。最后，研讨了现阶段聚合物材料所面临的挑战，并对其未来发展趋势和前景进行了展望。该综述对解决目前阻碍锂离子电池聚合物电极材料发展的问题具有重要的指导意义，对其他电池开发聚合物电极材料亦具有一定的借鉴价值。
       西安交通大学为本文唯一单位，西安交通大学化学学院硕士生杜婉蓉为第一作者，西安交通大学化学学院杜显锋教授、熊礼龙副教授、机械工程学院孙孝飞副教授为共同通讯作者。
       杜显锋教授团队长期致力于储能纳米材料在电解电容器、锂（钠、铝）离子电池、超级电容器和和智能传感器设备中的应用研究，目前已在《先进功能材料》《电源杂志》等国际著名期刊上发表系列高水平科研成果。此综述是继多项成果后在锂离子电池领域取得的又一重要进展。该工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、陕西省重点研发计划等项目的支持。
       文章链接: https://doi.org/10.1002/adfm.202110871


       文章来源：西安交通大学
       杜显锋，1978年，湖北嘉鱼人，教授，博士生导师，主要从事电解电容器、锂/钠/铝离子电池、固体电解质、超级电容器等相关研究。课题组主要从事电解电容器、锂（钠）离子电池、铝离子电池、超级电容器、柔性可穿戴传感器的电极材料、电介质、电解质、固体化、柔性化、一体化等研究。先后承担了国家自然科学基金项目“基于脉冲阳极氧化的氧化铝结构调控与机理研究”(51777152)、“中高压腐蚀铝箔表面自组装生长钛酸铋纳米复合介质膜”(50902109)；陕西省自然科学基金项目“高能量密度超级电容器用VACNTs多级结构构筑及储能机理研究”(2021JZ-01)、“贵金属单原子的可控担载及其光解水制氢研究”(2014JM6231)、“多孔铝箔表面二氧化钛纳米介质膜的可控沉积”(2010JQ6002)；教育部留学回国人员启动基金“BaCeO3基贵金属单原子的可控担载及其光解水制氢研究”(2014回国基金10)；中央高校基本科研业务费专项资金项目“基于交流阳极氧化铝结构调控与机理研究”(XJJ2016020)、“二氧化钛/石墨烯复合催化剂的制备及光催化制氢研究”(XJJ2012076)、“垂直多孔铝箔表面纳米复合介质膜界面问题研究”(XJJ2009040)；横向合作项目“超高比容高中低压阳极铝箔工艺开发”、“人工晶状体表面疏水涂层的工艺开发”、“高比容低压阳极铝箔工艺开发”、“ALD制备多孔铝材料包覆层的工艺开发”等。以骨干成员参与了国家863计划项目“高介纳米复合氧化膜的制备与应用关键技术研究”(2013AA030803)、“高功率聚合物超级电容器材料研究”(2007AA03Z249)、“铝基高介铁电复合氧化膜制备与性能研究”(2003AA325030)；总装探索重点项目“XXX电容器材料研究”(7131103)；高校博士点专项基金项目“中高压高介电常数复合铝阳极氧化膜的制备与性能研究”(20040698016)；陕西省自然基金项目“石墨烯基超级电容器制备基础研究”(2019JLZ-09)；重大横向合作项目“中高压高介复合氧化膜制备技术”、“低压高介复合氧化膜化成技术”、“低压阳极箔的化成工艺优化研究”、“低压阳极箔耐水合优化研究”等。在Adv. Funct. Mater., ACS Appl. Mater. Inter., Sci. Rep., Adv. Mater., Chem. Mater.,Chem. Commun., J. Colloid Interf. Sci., J. Am. Ceram. Soc.等国际知名学术期刊和国际会议上发表相关研究论文40余篇，申请发明专利20余项，并荣获教育部科学技术进步一等奖1项。
        熊礼龙，西安交通大学副教授。主要从事功能材料与器件的应用基础研究工作。先后承担国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、中国博士后基金、陕西省博士后基金、中央高校基本科研业务费专项资金以及多项研究所和企业横向合作项目。