深圳先進院等發展出提升雙離子電池正極容量有效策略
近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其團隊聯合澳洲格里菲斯大學張山青教授等人，提出了一種局域有序石墨化策略，顯著提升了雙離子電池正極容量和動力學性能。相關研究成果以Locally Ordered Graphitized Carbon Cathodes for High-Capacity Dual-Ion Batteries為題已在線發表于化學頂級期刊《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed. 2021, DOI: 10.1002/anie.202016233, IF: 12.959）。論文通訊作者是唐永炳研究員和張山青教授，共同第一作者是聯培碩士生楊凱、劉齊榮副研究員和鄭勇平助理研究員。
雙離子電池具有高工作電壓、低成本、環境友好等優點，在大規模儲能領域具有廣泛的應用前景。然而，石墨正極較低的陰離子插層容量限制了雙離子電池的能量密度提升。因此，揭示限制石墨正極比容量發揮的深層次機理，進而針對性開發具有高容量的正極材料，對提升雙離子電池能量密度具有重要意義。
鑒于此，唐永炳研究員及其團隊成員楊凱、劉齊榮、鄭勇平等人首先通過理論計算發現：在陰離子插層過程中，石墨正極層間范德華力以及陰離子間靜電排斥效應逐漸提高了陰離子的插層電勢，從而限制了陰離子的插層比容量。因此，設計具有局域有序石墨化碳結構（LOGC），不僅有利于減少層間范德華力，并且有助于改進正極材料的結構穩定性。結果表明，這類正極材料可顯著提升正極容量（232mAh g-1），并表現出優異的倍率和循環性能（1000次循環容量無衰減）。該工作為發展高容量雙離子電池正極材料提供了一種有效的解決策略。
該研究得到了國家自然科學基金，廣東省科技計劃、深圳市科技計劃等項目資助。
圖（a）LOGC結構及儲陰離子示意圖；（b）活性碳、LOGC以及石墨的儲陰離子電勢變化示意圖；基于LOGC正極的鉀基雙離子電池充放電曲線（c）以及長循環性能（d）。
