在校级博士学术新人奖和国际自然科学基金的资助下，近日中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室（筹）博士生闫楠（导师陈乾旺教授）在锂离子电池电极材料研究方面取得重要进展，设计制备出一种具有优异电化学性能的空心多孔二氧化硅纳米立方块，在用作锂离子电池负极材料时，该材料在循环30次后仍然具有919 mAh g-1的高放电量，并且保持有95%以上的库伦效率。相关研究成果以“Hollow Porous SiO2 Nanocubes Towards High-performance Anodes for Lithium-ion Batteries”为题在线发表在自然出版集团《Scientific Reports》上（Sci. Rep. 2013, 3, 1568） [ http://www.nature.com/srep/2013/130328/srep01568/full/srep01568.html]。
二氧化硅是一种在自然界中广泛存在的物质。由于其性质稳定，价格低廉，因此一直是被研究的热点。然而当作为锂离子电池负极材料时，在充放电过程中存在很大的体积膨胀效应，这限制了二氧化硅的容量提升和循环稳定。本研究在课题组前期工作基础上，使用两步去除模板法，得到了表面具有大量不规则裂缝的空心多孔二氧化硅纳米立方块。空心的内部结构使得粒子可以很好的适应和缓解充放电过程中发生的体积膨胀效应与结构应力；粒子表面具有大量的孔洞和裂缝，可以提高循环过程中锂离子的进出速率，提高锂离子迁移率。因此使得二氧化硅的充放电性能得到了极大的提升，测试结果远高于已报道的二氧化硅材料。通过研究提出了基于二氧化硅的一种新的充放电机理：二氧化硅在充放电过程中可以生成可逆与不可逆的硅酸盐，而空心多孔二氧化硅纳米立方块粒子所具有的多孔结构可以提高产物中氧化锂与单质硅的比例，进而能提高充放电性能。由于具有原料易得，价格低廉，性能优异等优点，该材料作为锂离子电池电极材料有重要应用前景。
此前，本课题组制备的CoMn2O4纳米分级结构锂电池电极材料也因其特殊的多孔结构而性能优异（65次循环后仍能保持894 mAh g-1的放电量），相关论文也被Scientific Reports（2012，2 : 986 | DOI: 10.1038/srep00986）接受发表。
（来源：合肥微尺度物质科学国家实验室（筹））