浙工大等：非晶碳纳米材料的合成及其应用于锂二次电池的研究进展

成果简介

浙江工业大学陶新永教授和北京航空航天大学郭林教授合作在《Nano Res》期刊发表名为“ Amorphous carbon-based materials as platform for advanced high-performance anodes in lithium secondary batteries”的论文，研究总结了非晶碳纳米材料应用于锂离子电池负极材料和金属锂负极保护中的最新进展，特别关注了非晶碳纳米材料的微观形貌、合成方法以及电化学性能等方面。

首先，基于非晶碳纳米材料的维度，即零维（0D）、一维（1D）、二维（2D）和三维（3D），对非晶碳纳米材料的合成方法进行了系统的分类，并进行了相关讨论。其次，对非晶碳纳米材料的潜在应用进行了全面的讨论，并着眼于总结所制备的非晶碳纳米材料的结构特征与其电化学性能之间的关系。

一方面，非晶碳材料已广泛应用于锂离子电池中构造碳基的负极材料和非碳复合负极材料。与纯石墨材料（372 mA•h•g-1）相比，具有不同形貌的非晶碳纳米材料具有更高的比容量和更优异的循环稳定性，可归因于以下几个方面：

（1）非晶碳纳米材料（0–1.2 V）的氧化还原电势比石墨宽（0–0.5 V）;

（2）非晶碳纳米材料的层间距大和缺陷丰富，为锂离子存储提供了更多的活性位点；

（3）容易修饰的非晶碳纳米材料（掺杂O，N，S，B，P等元素）进一步提高了容量；

（4）非晶碳纳米材料中的3D通道极大地促进了电子和锂离子的快速转移。此外，非晶碳纳米材料中的多孔结构还可以缓解Li+插入/脱出过程中的体积变化，从而实现非晶碳电极材料的循环稳定性。

另一方面，非晶碳纳米材料还可应用于稳定金属锂负极中构建3D骨架材料和人工固态电解质界面膜（SEI）。具有良好电导率和高比表面积的非晶碳纳米材料不仅可以提供足够的通道进行电子转移以降低局部电流密度，还可以提供足够的空间来均匀沉积金属锂。而且非晶碳纳米材料有助于缓解电池循环过程中的巨大体积变化，因此，非晶碳纳米材料可以作为金属锂沉积的有效3D框架。此外，部分非晶碳纳米材料具有离子导电性和电子绝缘性，兼具非晶碳纳米材料的电化学稳定性和良好的柔韧性，被用于制备人工SEI稳定金属锂负极。

最后，作者提出了在锂二次电池上使用非晶碳纳米材料的存在挑战和可能的发展前景，从而为非晶碳纳米材料的未来发展提供了一些有用的参考。随着合成策略和分析方法的发展，非晶碳纳米材料有望成为未来构造商业化锂二次电池先进负极材料的独特候选者。