中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院智能機(jī)械研究所劉錦淮和黃行九課題組的副研究員劉金云等在研制高性能石墨烯鋰離子電池方面取得新成果，研制了具有高容量長壽命的三維石墨烯納米復(fù)合鋰離子電池材料。研究成果發(fā)表在國際期刊《先進(jìn)材料》（Adv. Mater. 2016, 28, 7696-7702）上，并且被選為卷首論文。
從便攜式電子設(shè)備到新能源電動汽車，都對高性能鋰離子電池具有迫切需求。作為鋰離子電池的核心，電極活性材料普遍要求具有高容量和能量密度、長期循環(huán)穩(wěn)定和安全性。為了獲得高容量和能量密度，活性材料在電極中的比例應(yīng)最大化；循環(huán)穩(wěn)定和安全性則要求電池材料具有優(yōu)良的電子傳輸和離子擴(kuò)散性能。三維納米結(jié)構(gòu)是滿足上述需求的理想材料，然而一般的三維電池材料包含金屬或其他高密度材料作為框架支撐，大大降低了活性材料的比例，減小了全電池的容量，也成為長期循環(huán)穩(wěn)定性的限制因素。
劉金云等通過美國伊利諾伊大學(xué)香檳分校和中科院合肥研究院合作，研制了一種基于三維石墨烯的復(fù)合電池材料，具有高的活性材料負(fù)載量、短的離子電子傳輸路徑，而且電極材料組裝成電池不需要使用任何粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑等添加劑，電池具有高容量和優(yōu)良的循環(huán)穩(wěn)定性。研制的三維石墨烯/五氧化二釩電池正極材料，在12分鐘完全充/放電條件下，循環(huán)2000次后電池容量大于200 mAh/g（大量文獻(xiàn)報道小于1000次、容量普遍低于150 mAh/g）；而且1分鐘充電的容量，達(dá)到商用和文獻(xiàn)報道的大于5分鐘的相近容量。此外，該三維石墨烯復(fù)合電池材料結(jié)構(gòu)設(shè)計還可以應(yīng)用于鋰離子電池負(fù)極材料，比如研制石墨烯/硅復(fù)合負(fù)極，展現(xiàn)出良好的通用性。
