双核壳结构电极材料用于高能量密度柔性锂离子电池

柔性锂离子电池由于具有高能量密度等优点，在柔性电子设备领域具有广阔的应用前景。柔性锂离子电池设计开发的关键不仅在于柔性电极的设计，更对整体电池器件的力学和电化学性能提出了更高的要求。传统柔性电极中，柔性基底材料的低容量贡献以及柔性基底与活性物质之间的弱相互作用都会导致整体电极材料的比容量偏低，进而影响电池器件的能量密度。此外，传统的柔性基底（如钢网、钛片等）在整体电极中质量占比远高于活性物质，会进一步限制器件的整体比容量和能量密度。

为了解决这一问题，设计开发具有高活性的柔性基底、同时具有高比重活性物质的柔性电极材料被认为是一种有效的解决途径。目前已有的研究人员报道合成了一系列质轻且具有柔性的碳纳米管基、石墨烯基电极材料，但这类材料仍然受限于稳定的机械性能。研究发现，碳布经过表面改性和刻蚀之后可以降低材料的比重、提升材料的电导率、增加更多有效的活性位点，同时不影响其机械稳定性。因此，这类改性后的碳布在柔性电极材料领域具有广阔的应用前景。但如何将其他高活性物质（如过渡金属氧化物、氮化物、硫化物等）材料通过强相互作用力与其复合、提升材料的比容量仍然面临着一些挑战。

近日，中山大学的童叶翔教授和广州大学的刘兆清研究员在设计柔性锂离子电池负极材料上取得了突破，以表面刻蚀剥离处理的碳布作为基底（CC@EC），水热法生长NiCo2O4(NCO)纳米线阵列。该材料应用于锂离子电池负极时表现出优异的储锂性能。作者通过DFT计算发现，NCO与CC@EC具有强相互电子作用，在锂离子传输过程中具有更低的反应能垒。此外，作者进一步通过原位拉曼光谱阐明了CC@EC基底对电极材料储锂性能提升的贡献。在此基础上，他们获得了高载量下高能量密度（314Wh/kg）的全柔性锂离子电池（总重量为281mg），其具有出色的柔韧性和良好的储能性能，为未来的便携能源开启了新的方向。

这一成果近期已发表在EnergyEnviron.Sci.上，文章的第一作者为中山大学的博士后Muhammad-SadeeqBalogun和博士研究生杨皓。