為了適應(yīng)消費電子、電動汽車和儲能領(lǐng)域的發(fā)展，需要開發(fā)更高能量密度、功率密度、循環(huán)次數(shù)和安全性的鋰離子電池。其中高容量、高倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定的電極材料的開發(fā)是關(guān)鍵，也是研究熱點和難點。

在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中國科學(xué)院的支持下，化學(xué)研究所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)院重點實驗室的研究人員，設(shè)計并構(gòu)筑出可方便形成三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的同軸“納米電纜”結(jié)構(gòu)高性能復(fù)合電極材料，取得系列進展，并在Energy. Environ. Sci.上發(fā)表了綜述論文。

該課題組研究人員長期致力于高效、穩(wěn)定的高倍率鋰離子電池電極材料研究。最近，他們研究發(fā)現(xiàn)，同軸“納米電纜”結(jié)構(gòu)可有效解決電極材料不能同時高效傳導(dǎo)鋰離子與電子的問題（圖1）。他們成功制備出結(jié)構(gòu)形貌可控的CNT@TiO2納米電纜，發(fā)現(xiàn)了新奇的“協(xié)同儲鋰效應(yīng)”。一方面，CNT核為Li在TiO2鞘殼中的存儲提供了電子通道；另一方面，由于在CNT上包覆的介孔TiO2層具有相對穩(wěn)定的表/界面可以減少SEI膜的生成，從而為Li在CNT中的存儲提供了快速離子傳輸通道，CNT本身的循環(huán)性能也因此大大提高。該“協(xié)同儲鋰效應(yīng)”的發(fā)現(xiàn)為開發(fā)高容量、高倍率、穩(wěn)定的電極材料提高了新思路（Chem. Mater., 2010, 22, 1908–1914）。文章在網(wǎng)上發(fā)表后被英國皇家化學(xué)會的Chemistry World （March 2010, P26）選為研究亮點并進行了報道。

在利用“納米電纜”構(gòu)筑“三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)”結(jié)構(gòu)電極材料時，他們發(fā)現(xiàn)還可以通過構(gòu)筑內(nèi)嵌Cu納米線集流體的方式來實現(xiàn)（Phys. Chem. Chem. Phys., 2011, 13, 20142020）。

此外，他們與德國科研人員一起還設(shè)計并構(gòu)筑出表界面穩(wěn)定的同軸“納米電纜”結(jié)構(gòu)高容量Si基負極材料。成功實現(xiàn)了直接在Cu集流體上生長Cu@Si@Al2O3復(fù)合結(jié)構(gòu)納米電纜陣列。研究表明，Cu納米線內(nèi)核可以提供快速的電子傳輸并起到有效的結(jié)構(gòu)支撐作用，Al2O3包覆層具有相對穩(wěn)定的表/界面，可以減少SEI膜的生成。當該復(fù)合納米電纜作為鋰離子電池負極材料時，表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和較高的儲鋰容量。研究結(jié)果發(fā)表在近期的Adv. Mater.（2011, 23, 4415）上。

應(yīng)英國皇家化學(xué)會Energy & Environmental Science期刊邀請，研究人員撰寫了綜述性Perspective論文，系統(tǒng)介紹了納米電纜結(jié)構(gòu)電極材料在鋰離子電池中的應(yīng)用及未來的發(fā)展前景（Energy. Environ. Sci. 2011, 4, 1634-1642），并被選為期刊的封底（Back Cover）。