项目名称：二次电池电极材料的结构设计与性能优化

项目简介：针对传统储能技术带来的环境污染和能源危机等问题，环材学院新能源方向科研团队以国家能源重大需求为牵引，围绕国家双碳战略目标，以能源-材料-化学等多学科的交叉基础性问题为抓手，以创造新物质和解决基础性问题为推动，开展高效、清洁、低成本与长寿命转化与储存的创新科学研究与开发，着重发展材料合成新方法、新工艺、新理论与新机制、促进成果应用转化，先后在Adv. Energy Mater. 2020, 11, 2003699；Energy Storage Mater., 2022, 50, 308-333；Small. 2020, 16, 2004580；Chem. Eng. J. 2021,466,137262; Chem. Eng. J. 2022,433,133673; Nano Research. 2020, 13, 691-700； J Colloid Interface Sci., 2021, 596, 396-407; Chem. Eng. J. 2022, 428, 131113；Inorg. Chem. Front., 2022, 9, 1115-1124; J. Energy Chem. 2022, 69, 356-362；Electroch. Acta 2019,296,907-915等国际顶级期刊上发表SCI论文30余篇，相关工作得到了国内外研究学者的认可，为实现“3060双碳”目标做出了应有贡献。

主要创新点：

1、建立了基于纳米孔道限域机制的金属负极高效稳定理论及涂层改性策略。系统研究了孔道结构对金属负极沉积行为的影响，建立了限域条件下枝晶生长行为的微观模型，完善了金属负极性能调控理论；为金属负极保护层以及金属电池隔膜的优化设计提供了理论指导与实验方法。该方法已成功拓展到ZnF2、ZrO2、ZnO等多种涂层体系，形成了一类普适性的金属负极保护策略。

2、创新性形成了异相晶核引导锌负极表面均匀沉积的方法。研究了形核过程对锌枝晶快速生长的影响，提出了“形核引导为主”的锌枝晶抑制全新策略；通过引入人工异相晶核调控晶体形核与生长行为，实现了锌负极的原位阵列化转变，将锌离子电池循环寿命提升5倍。本成果将锌枝晶生长习性“变害为利”，为高稳定性锌负极研究提供了全新设计思路与理论机制。

3、提出了碳基复合电极材料的形貌及孔结构精准调控新方法。将微纳复合理念应用到高性能电极材料设计中，发展了碳基复合材料的形貌及孔结构精确调控策略，通过掺杂、复合、孔结构设计等多重机制提升了电极材料的能量密度与循环稳定性，揭示了微纳分级结构形成机理及协同作用机制，所发展的合成策略简单、高效、低成本，可推广到其它碳基微纳复合材料的可控合成，为高性能电极材料设计开辟了新途径。

4、通过改变活化工艺等探究了生物质碳材料内无机盐、有机官能团的结构变化，并精准调控碳材料修饰过渡金属氧化物、硫化物等，获得了性能优异的复合电极材料；开辟了将微纳复合理念移植到高性能电极材料设计中，通过碳基复合电极材料的形貌及孔结构精确控制策略，揭示了微纳特征结构形成机理、高效可控合成方法及规律，发展建立了电极微纳结构微米和纳米材料的协同作用机制，拓展了材料电压窗口，提高了能量密度。

客观评价:该团队通过采用多种形态的碳与氧化物/硫化物复合、三维碳对金属负极保护，为高能量密度负极材料的研发提供了理论指导。特别是采用高容量的过渡金属氧化物修饰球形石墨的项目，有效解决球形石墨容量低的问题，并实现了公斤级的材料制备，为实现成果转化应用提供了新思路。在国家面上自然科学基金青年基金项目和山东省重大基础研发项目资助下，环材学院新能源团队取得了一系列高水平成果，这些研究成果对新能源材料及器件的计与开发具有重要推动作用，得到了众多权威期刊的正面评价引用，相关成果被引次数累计超3000余次。