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報告題目：聚陰離子化合物鋰電池負極材料

報告時間：2024年9月5日（星期四）13：30

報告地點：理學院B315

主辦單位：理學院

報 告 人：劉瑤

報告人簡介：

劉瑤，博士，博導，研究員。2019年06月畢業于復旦大學化學系，獲理學博士學位，隨后赴美國華盛頓大學從事研究工作。2023年03月人才引進至上海應用物理研究所。擔任能源材料與化學部創新型儲能電池研究組組長。研究方向為能源儲存與轉化的基礎及應用研究。相關研究結果已經發表SCI論文50余篇，包括Angew. Chem. Int. Ed.，Chem，Adv. Energy Mater.，ACS Energy Lett.，Sci. China Chem.，Acta Phys. -Chim. Sin.等，他引超4500次，H-index因子30；申請發明專利10項。作為項目負責人承擔了包括國家自然科學基金青年項目、中國科學院引才青年項目、上海市國際合作項目。入選教育部海外青年人才、中國科學院海外青年人才，上海市海外青年人才，浦江學者。

報告內容簡介：

通過在傳統過渡金屬氧化物材料中引入聚陰離子基團，如GeO₄，改變過渡金屬原子周圍的配位環境和d軌道的電子狀態，設計合成了一系列低工作電位、高容量、長循環的聚陰離子負極材料。例如，在鈦（Ti）基氧化物材料中引入GeO₄根，合成得到了Li₂TiGeO₅材料。通過原位包碳技術得到了碳包覆Li₂TiGeO₅復合材料。其作為鋰離子電池負極材料表現出高容量（691 mAh/g）、低工作電位（0.5 V vs. Li/Li+）、高循環穩定性（600圈，容量保持率91%）。通過原位X射線衍射譜（XRD）、同步輻射X射線近邊吸收精細譜（XNAFS）結合第一性原理計算確認了其儲鋰機制為嵌入-轉化反應。原位生成的導電產物TiO和導鋰離子產物Li₂O保證其優異的電化學性能。同樣的策略在鈮（Nb）基過渡金屬氧化物材料中也得到了驗證。通過固相法合成得到了LiNbGeO₅材料，該材料表現出785 mAh/g可逆容量、低工作電位（0.4 V vs. Li/Li+）以及優異的循環穩定性（5000圈，容量保持率近100%）。該負極材料與高電壓正極材料匹配組裝的全電池表現出368 Wh/kg能量密度和618.7 W/kg功率密度。對其儲鋰機理的深入研究結果表明，原位生成的鋰離子導體LiNbO₃保證了該材料優異的倍率性能和超高的循環穩定性。以上研究結果表明在過渡金屬氧化物中引入聚陰離子基團，可以有效調控過渡金屬化合物的工作電位，提升材料的儲鋰容量，降低氧化還原電位，進而提升鋰離子電池的能量密度。