锂离子电池负极材料主要包括天然石墨、人造石墨、焦碳和碳纤维等。作为电极材 料的活性物质，对碳材料的要求有许多方面：如放电比容量、颗粒大小和比表面积、电 极极化性能、充放电稳定性等。目前国内外有许多研究单位在探索新的制备工艺来改善 电极性能。 采用常压干燥技术，成功地制备了碳气凝胶材料，通过控制制备条件，实现了碳气 凝胶材料微结构人为裁剪与控制。这些新型储能器件具有重量轻、体能密度高、无污染 等优点，是新一代绿色能源材料。多孔碳电极用于锂电池将优于枝晶锂电池，传统的电 极充电时枝晶会在阴极上成核，当枝晶越过电极跨度时将造成短路，从而限制了充电次 数。用多孔碳做电极时，锂离子嵌在石墨结构中，防止了锂金属的沉积和枝晶的形成， 而丰富的孔洞可提高电极与电池溶液的接触面积。碳气凝胶是由间苯二酚和甲醛在碱性 催化剂作用下，通过溶胶-凝胶和炭化工艺制备而成的。通过控制水和催化剂的用量， 可以控制其孔洞结构和密度，它的干燥过程也正由管来的超临界干燥向常压干燥发展， 以便降低气制备成本，改善其性能，使其得到更广泛的应用。碳气凝胶也可能成为电池 材料的理想选择。 

目前在可能用于电动汽车的电化学电源中，锂离子电池最具竞争力。但目前锂离子动力电池的性能指标尚不能完全满足电动汽车的要求，其中电池比能量是制约电动汽车行驶里程的瓶颈问题，发展高比能锂离子动力电池已经成为世界各国研究的热点。同时对高比能锂离子动力电池对电极材料、电极过程、界面过程、储能机制的研究也具有重要的可科学意义。研发团队在电化学研究方法、电化学能源材料制备和性能表征、锂离子电池研究等方面具有优势，并配备了较为完善的从实验室研究到中试的研究设备。课题组配置了电极材料、高分子聚合物制备设备：各种管式炉、箱式炉、微波炉、电热烘箱、水热反应装置、球磨机、手套箱和扣式电池冲床、整体电池封口机、涂布机等；性能测试仪器设备：电化学充放电仪器、电化学恒电位仪、电化学原位研究的红外光谱、电化学原位XRD 等。也可以利用厦门大学的公用设备和条件，包括拉曼光谱、高分辨透射电镜、扫描电镜和超高真空电子能谱等。

锂离子电池目前广泛应用于各类便携式电子设备，在人类社会的信息化、移动化、智能化、社会化等方面凸显作用，并有望在电动汽车和智能电网等领域大规模应用。商品化锂离子电池的正极材料主要是无机过渡金属氧化物和磷酸盐，其中过渡金属资源大都不可再生，电池回收利用技术复杂、成本高，从长远的角度来看可能会面临资源短缺等难点问题。因此，可循环再生的电极材料开发已成为电池领域的学术前沿和重大需求。有机电极材料由于含有丰富的碳、氢、氧等元素而显现出可再生、绿色环保、低成本和高容量等优点，近年来受到了广泛的关注。有机电极材料的制备具有合成创造的特点。有机电极材料一般可以从植物中（比如玉米等作物和苹果等果蔬）直接提取或者以生物质材料为原料通过简单的方法制备得到；在有机材料提取制备、电池装配和回收过程中产生的二氧化碳又可以被植物吸收利用，因而体现了很好的循环和可再生性。然而，有机电极材料还面临着在电解液中溶解度大、导电性差、密度低等难点问题，其材料特征、作用机理、构效关系等亟待深入理解。陈军院士，1967 年生，1985-1992 年在南开大学化学系学习，先后获学士、硕士学位，并于 1992 年留校工作；1996-1999 年在澳大利亚 Wollongong 大学材料系学习，获博士学位；1999-2002 年在日本大阪工业技术研究所任研究员。自 2002 年任南开大学教授、博士生导师，2014 年入选英国皇家化学会会士（FRSC）， 2017 年当选中国科学院院士，2020 年当选发展中国家科学院院士。2020 年重要锂电成果有：Nat. Rev. Chem.：实用锂电池有机电极材料的前景 Angew. Chem. Int. Ed.：紫精晶体作为锂电池正极的储能机理及结构演化 Materials Today：锂离子电池高能层状氧化物正极材料的研究进展与展望

蓄电池及电极材料专业

        研发团队针对NASICON型结构钠离子电池正极材料面临的瓶颈问题，通过新颖的合成方法和材料晶体结构设计理念，成功开发了具有自主知识产权的长寿命、高功率和低成本的钠离子电池及其超稳定的正极材料。材料合成方法简单，反应条件温和，不需要特殊设备，目前已完成实验室中试，具备了公斤级的制备能力。成果具有高的振实密度，可实现高体积能量密度，具有非常优秀的实用化潜力。         意向开展成果转化的前提条件：中试放大及产业化工艺开发资金支持

本发明公开了一种钠离子电池电极材料的改性方法，用于在作 为电池负极材料的钛酸锂钾表面包覆一层纳米厚度的碳层，采用烧结 法进行碳包覆，即碳源在高温分解后对钛酸锂钾进行表面包覆，烧结 法以气相有机物、固相有机物或者液相有机物中一种或者多种为碳源， 烧结法包括固相烧结法、气相烧结法以及液相烧结法的一种或者多种， 烧结法的烧结温度为 550～800℃，烧结时间为 15 分钟～5 小时，实现 在钛酸锂钾表面包覆厚度为 1～100 纳米的均匀碳层。本发明方法解决 了钛酸锂钾作为钠离子电池负极材料时的稳定性、循环性以及倍率均 较差的问题。

传统锂离子电池负极材料具有比容量低、安全性不高、制作成本和能耗较高的缺点，我们利用物理化学方法制备了以金属氧化物为代表的新型锂离子电池负极材料。材料克服了传统材料石墨的上述缺陷，具有良好的应用前景。我们研究了三种新的研制方法：一、利用控制氧化的方法可以制得混合价态钼氧化物，充分利用插嵌型二价钼氧化物对转化型三价态钼氧化物之间的协同作用，获得可以循环160次之后，保持900毫安时每克的锂电负极材料。二、利用插嵌机制二氧化钛修饰二氧化锰，形成混合价态锰氧化物微球形貌复合氧化

本成果针对全钒液流电池和铁铬液流电池，开发了一种高性能电极，可以实现高催化活性的同时，保持高稳定性，长期运行过程中性能无衰退。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 双碳背景下，以风能和太阳能为代表的可再生能源发电发展迅速。然而，可再生能源的间歇性、波动性等特征是其大规模应用的瓶颈。发展电网级的储能系统是解决这一问题的有效途径。在现有的大规模储能技术中，液流电池具有可扩展性好、效率高、安全好、寿命长、易回收等优点，颇具发展潜力。 目前液流电池由于电堆性能较差，功率密度较低，导致制造电堆所需核心材料用量较大，成本较高，限制了其推广应用。提高液流电池电极的催化活性是提升电池性能的关键。本成果针对全钒液流电池和铁铬液流电池，开发了一种高性能电极，可以实现高催化活性的同时，保持高稳定性，长期运行过程中性能无衰退。同时，该高性能电极的生产成本经核算，相较于传统电极未有明显提升。实验室测试数据表明，基于该400cm2高性能电极的全钒液流电池单电池，运行电流密度可达200mAcm2(基于传统电极的电池电流密度仅为120mAcm-2)，能量效率超过80%，在1000次充放电循环测试过程中，电极性能无衰退。该成果将有助于液流电池电堆成本降低20-40%，对高性能液流电池的开发起到关键推动作用助力储能产业的发展。

中国科学院院士、南开大学教授陈军团队受Nature子刊《自然评论·化学》编委会邀请，发表题为“有机电极材料在锂电池中的实际应用前景分析”的综述论文。该文章深入阐述了有机电极材料的结构特征、作用机理、构效关系等，着重分析了有机电极材料的实际现状和应用前景，有助于学术界和工业界充分了解有机电极材料的实际应用潜力和待解决的问题，有望激发更多应用导向的研究工作，进而促进未来有机电池的商品化应用。文章第一作者为卢勇博士，通讯作者为陈军院士。锂离子电池目前广泛应用于各类便携式电子设备，在人类社会的信息化、移动化、智能化、社会化等方面凸显作用，并有望在电动汽车和智能电网等领域大规模应用。商品化锂离子电池的正极材料主要是无机过渡金属氧化物和磷酸盐，其中过渡金属资源大都不可再生，电池回收利用技术复杂、成本高，从长远的角度来看可能会面临资源短缺等难点问题。因此，可循环再生的电极材料开发已成为电池领域的学术前沿和重大需求。有机电极材料由于含有丰富的碳、氢、氧等元素而显现出可再生、绿色环保、低成本和高容量等优点，近年来受到了广泛的关注。有机电极材料的制备具有合成创造的特点。有机电极材料一般可以从植物中（比如玉米等作物和苹果等果蔬）直接提取或者以生物质材料为原料通过简单的方法制备得到；在有机材料提取制备、电池装配和回收过程中产生的二氧化碳又可以被植物吸收利用，因而体现了很好的循环和可再生性。然而，有机电极材料还面临着在电解液中溶解度大、导电性差、密度低等难点问题，其材料特征、作用机理、构效关系等亟待深入理解。陈军院士团队的综述论文围绕有机电极材料的未来发展提出见解。文章指出，有机电极材料具有结构可调控特点。根据不同的分子结构和反应电位，有机材料在实际应用中可作为正极或者负极活性材料。文章首先讨论了有机电极材料本身的各种关键性质，包括材料的能量密度、功率密度、循环寿命、密度、电导率、能量效率、价格、资源可用性和热/化学稳定性。其中能量密度、功率密度和循环寿命是材料的基本电化学性质，这些性质会受到材料密度和电导率的影响，其他因素如稳定性和价格等也是必须要考虑的问题。接着从实际电池应用角度分析了电极中活性物质的单位面载量和电解液用量等因素对全电池性能的影响。最后利用软件对以有机材料为正极或者负极的实际锂电池体系进行了模拟，得出了相关电池体系的性能（如整体能量密度、功率密度）和价格等参数。结果表明，n型有机正极材料特别是羰基化合物具有较好的实际应用前景。

通过滚压振动磨制备纳米锌粉颗粒、氮化硼纳米片，以碳膜为骨架制成锌空电池的柔性薄膜电极;制备出四氧化三钴纳米花颗粒作为催化剂，设计开发了一 维纳米花颗粒/二维氮化硼纳米片/碳纳米管三维网状结构复合的多维复合多孔 空气电极结构。