可充电锂离子电池由于其高能量密度、环保特性以及无记忆效应，已经在笔记本电脑和手机等消费电子产品中占据主导地位。目前电动汽车使用的锂离子电池充电时间较长，一定程度上阻碍了电动汽车的快速发展，提升锂离子电池的快速充电性能对于促进电动汽车的普及具有重要意义。电极材料是快速充电锂离子电池的主要瓶颈之一，开发具有高理论容量和安全锂化电位的新型电极材料，对于推动电动汽车用锂离子电池的进步至关重要。近年来，因具有适当的高容量和工作电位，过渡金属氧化物作为锂离子电池的负极材料得到了广泛报道。其中，钒酸铁（FVO）作为快速充电锂离子电池的负极材料，因其具有较高的理论比容量以及其组成元素的丰富自然资源而具有巨大潜力。然而，由于其较低的电导率和在高充电速率下发生的巨大体积膨胀，导致FVO快速充电能力迅速衰减。

图1 合成介孔碳/钒酸铁复合结构材料的原理图

在本项工作中，我们采用在有序介孔碳（CMK-3）表面原位生长均匀的FVO纳米粒子，形成了一个具有高电导性的多孔网络FVO/CMK-3，其原理图如图1所示。CMK-3的结构有助于防止FVO颗粒的聚集，且其良好的电导性能能够进一步提高FVO/CMK-3的电导率，并在循环过程中缓冲FVO颗粒的体积膨胀。因此，FVO/CMK-3在10 A/g电流密度下，经过2500次循环仍能保持364.6 mAh/g的优异快速充电性能，并且每次循环的平均容量损失仅为0.003%。此外，以LiCoO2为正极和FVO/CMK-3为负极构建的全电池在200次循环后仍能保持100.2 mAh/g的高容量和96.2%的高容量保持率，其电化学性能能如图2所示。其卓越的电化学性能表明，FVO/CMK-3是具有高能量密度、稳定性和快速充电能力的锂离子电池理想负极材料候选者。

图2 FVO/CMK-3复合的电化学性能图

该工作以“Ordered mesoporous carbon-supported iron vanadate anode for fast-charging, high energy density, and stable lithium-ion batteries”为题目，发表于中科院SCI一区学术期刊（Rare Metals，2024, 11, 13）。论文第一作者为数理学院研究生李一帆，侯纪伟副教授为论文通讯作者。该工作得到国家自然科学基金，浙江省柔性电子重点实验室开放课题项目及江苏省研究生科研与实践创新计划项目支持。

论文链接：https://doi.org/10.1007/s12598-024-03044-6

欢迎对新能源材料与器件感兴趣的博士后、博士生、硕士生及本科生加入本课题组，联系方式：jwhou@njtech.edu.cn