合肥工业大学孔祥华，中科大季恒星、魏云虹Small： 延长硬碳负极平台容量用于高能锂离子电池

第一作者：季晓豪

通讯作者：魏云虹*，孔祥华*，季恒星*

单位：合肥工业大学，中国科学技术大学

硬碳作为一种难石墨化碳材料，在能源存储领域备受关注。相较于石墨，硬碳具有短程石墨化结构、较大层间距、高锂插层电位和丰富的孔隙和缺陷，使其在离子传输和金属沉积问题上表现出独特优势。然而，在锂离子存储中，硬碳的应用受到限制，常表现出非法拉第反应的充放电曲线，降低了全电池能量密度。因此，迫切需要解决的问题是在提高平台容量占比的同时提升首次库仑效率，这对于进一步推进硬碳在锂离子电池领域的应用至关重要。

近日，来自合肥工业大学孔祥华教授联合中国科学技术大学季恒星教授和魏云虹特任副研究员，在国际知名期刊Small上发表题为“Extended Plateau Capacity of Hard Carbon Anode for High Energy Lithium-Ion Batteries”的研究文章。该工作通过水热预处理过程促进碳原子的分解运动以有序排列并诱导碳的杂化状态从sp3到sp2的转变，成功利用果胶为前驱体制备出了一种具有低缺陷含量、富含石墨微晶以及低比表面积的硬碳微球。合成的硬碳材料表现出优秀的储锂性能，在0.05 A g⁻¹的电流密度下提供了537 mAh g⁻¹的高可逆容量，同时平台容量占比达到55%，首次库伦效率达到66%。此外，结合原位拉曼和核磁共振光谱表征揭示了硬碳储锂的“吸附-插层”机制，建立了硬碳微观结构与其充放电过程中的平台及斜坡区域之间的对应关系。

对HCM的储锂性能进行测试，发现HCM具有537 mAh g^-1的高可逆比容量、出色的平台容量占比（55%）、优异的倍率性能（10 A g^-1下为152 mAh g⁻¹）。通过HCM||LCO全电池的测试表明，得益于HCM拥有的长平台容量占比，HCM||LCO全电池可提供393 Wh kg^-1的高能量密度和出色的低温性能，使得其在实际应用中具有很好的前景。

Extended Plateau Capacity of Hard Carbon Anode for High Energy Lithium-Ion Batteries

孔祥华，合肥工业大学副教授，硕士生导师。2003年于山东大学获得理学学士学位，2008年于中国科学院化学研究所获得博士学位，2008-2013年，先后于德累斯顿IFW以及德克萨斯大学奥斯汀分校UT Austin担任博士后研究员。现在课题组的主要研究方向为碳基纳米材料的制备及其在储能领域的应用，电化学体系的表界面性质。

季恒星，中国科学技术大学教授，博士生导师，国家杰出青年科学基金获得者，成立独立课题组后主要围绕锂离子电池中的电极材料电化学展开研究，聚焦非嵌入型电极反应中的化学、结构变化，产生电极极化的关键因素，及其对电化学储能性能的影响。归国工作以来，作为（共同）通讯作者在Science、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等化学和材料领域SCI期刊发表学术论文多篇，论文总引用15000余次，H-index 59；中国化学会和国际电化学会会员，担任J. Energy Chem.、Chn. Chem. Lett.、《电化学》杂志编委，主持国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金委联合基金重点项目、国际合作项目和面上项目，曾荣获中国化学会“电化学青年奖”、中国科学院“优秀导师奖“、中国科学技术大学“杰出研究校长奖”、Nano Research “Young Innovators Award”，研究成果入选教育部2020年度“中国高校十大科技进展”。