近日，我院2021级硕士研究生盛昀以第一作者身份在国际期刊《VACUUM》上发表题名为“A high capacity porous Co₃O₄@graphene composite as lithium battery anode”的学术论文。我校为论文第一署名单位，张学谦老师与王依山老师为论文共同通讯作者。

【研究背景】

过渡金属氧化物因其具有理论容量高的优点而被视为一类具有潜在应用价值的锂离子电池负极材料。然而，该类物质在循环过程中存在导电性低和体积效应大的问题，内部活性物质容易产生团聚和粉化，造成电池在充放电过程中容量快速衰减。石墨烯材料具有优异的电学、力学和热学性能，其与过渡金属氧化物制备的复合电极材料有望充分发挥两者在电极材料应用方面优势的同时弥补各自的缺点，使电池同时拥有高比容量、良好导电性和优异循环稳定性。

【研究内容】

科研人员采用一种简单、高产的原位反应工艺合成了Co₃O₄/石墨烯复合材料并将其应用于锂离子电池负极（图1）。该复合材料不仅继承了石墨烯电导率优异和结构稳定的优势，其内部还形成了高度有序的独特层状微孔结构（图2）。得益于其独特的微纳多尺度结构，电池在充放电电流为0.1 A g^-1条件下循环80次后的比容量高达1367.3 mAh g^-1，在充放电电流为0.5 A g^-1条件下循环300次比容量仍保持在810.3 mAh g^-1（图3）。该研究提出的金属氧化物/石墨烯复合材料设计策略为高能量密度锂离子电池的开发和应用提供了一条可行途径。

图1 Co₃O₄/G的合成示意图

图2 (a, b) Co₃O₄和(c, d) Co₃O₄/G的SEM图像

图3 Co₃O₄/G与Co₃O₄的电化学性能对比

【原文链接】：https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2022.111266