中国海洋大学材料科学与工程学院在快充锂离子电池负极材料研究中取得新进展，相关成果Distorted iron oxide quantum dots with unprecedented fast-charging capability for high-energy and high-power lithium storage发表在国际顶尖期刊Advanced Energy Materials。材料科学与工程学院博士研究生范洪光和王彦彭为共同第一作者，柳伟教授和金永成教授为共同通讯作者，中国海洋大学材料科学与工程学院为唯一通讯单位。
相比于传统的燃油车，里程焦虑、充电时间长等问题成为阻碍电动汽车发展的主要问题。因此，快速充电(Fast Charging)能力的提升成为锂离子电池的发展目标。但是，研究表明大倍率充电会引起电池的容量与输出功率等性能加速衰减，从而对电极材料提出了更高要求。然而，现有的电极材料很难在大电流下实现高能量的输出，因此开发低成本且具有快速充放电能力的电极材料成为锂离子电池研究领域的研究热点之一。
研究团队利用简单的一步法制备工艺，开发了一种富含畸变的Fe2O3量子点并封装在多孔碳基质中，实现了高容量、快速充放电和长循环稳定性的共存。实验结果和理论计算证明，这种富含畸变的Fe2O3量子点结构具有优良的离子吸附和显著降低的离子迁移能垒，实现了近乎完全的六电子反应的高容量输出，并表现出优异的快速充放电特性，保证了电极在超大电流下的高效能量存储。该电极材料在1分钟内即可提供475 mAh g-1的比容量，在100 A g-1的超高电流密度下在7秒内就可获得182 mAh g-1的高比容量。通过多种非原位表征技术进一步验证了电极在快充状态下的有效相转变，并具有明显的畸变结构和丰富的边缘位错，验证了其高容量特性与稳定性。这些发现强调了畸变结构在快充方面的优势，并为下一代高性能快充电极的开发提供了新的思路。
该工作得到了山东省自然科学基金和山东省自然科学基金重大基础研究项目的资助。
文/图：范洪光、王彦彭
论文链接https://doi.org/10.1002/aenm.202400248.
