钒酸锂/碳/石墨烯：一种新型高性能锂离子电池负极材料

电化学储能器件在日常生活中扮演了非常重要的角色。锂离子电池（LIBs）具有能量密度高、价格低、环境影响小、无记忆效应等优点，已经成为一种非常重要的电化学储能器件。下一代混合动力汽车与纯电动汽车的动力电池需具有安全、廉价、能量密度高、功率密度高等特性。然而，传统的商业化石墨负极材料已经不能满足人们日益增长的需求。开发新型、高性能锂离子电池负极材料已经成为锂离子电池研究的热点和重点。

作为一种新型的嵌入型负极材料，Li3VO4具有较高的理论容量（394 mA h g-1）和适中的充放电平台（0.5 – 1.0 V vs. Li+/Li）。与传统的石墨负极相比，其充放电平台高于石墨，因此，其安全性能比石墨更好。与TiO2、Li4Ti5O12、TiNb2O7等嵌入型负极材料相比，Li3VO4具有较高的理论容量和较低的充放电平台，因此，其能量密度远高于TiO2、Li4Ti5O12和TiNb2O7。在晶体结构方面，Li3VO4中氧原子呈六方密堆积，阳离子填充在四面体空隙中，其八面体空隙在c轴方向上相互联接，为锂离子提供了一个快速传输通道。然而，Li3VO4的电子导电性较低，导致其倍率性能较差，限制了其广泛应用。

武汉理工大学麦立强教授研究团队在提高Li3VO4负极电化学性能，尤其是倍率性能方面取得了重要进展。他们将亚微米级Li3VO4颗粒支撑于石墨烯导电基底上，同时在颗粒内部构筑介孔结构。石墨烯导电基底的引入有效地解决了Li3VO4材料导电性差的问题，而材料内部的介孔结构缩短了锂离子的传输距离，进一步提高锂离子传输效率。通过这种有效的结构构筑，大大提高了Li3VO4的电化学性能。同时，他们通过原位XRD的表征，检测到了Li3VO4在高倍率下的晶体结构变化模式，为进一步对其性能的提高提高了理论基础。其相关论文在线发表在Advanced Science。

相关工作得到了国家科技部973计划，国家重点基础研究发展计划，国家自然科学基金，国家杰出青年科学基金等项目资助。