最近，學院肖勝雄教授和劉肖燕副研究員團隊在锂離子電池快充及低溫性能研究中取得重要進展，在《Journal of Materials Chemistry A》上發表題為“Herringbone packed contorted aromatics with ordered three-dimensional channels as fast-charging and low-temperature lithium-ion battery anodes”的研究論文。該研究采用“自下而上”的原子精度精準合成的方法創制了一種高性能的非平面分子自組裝的有機負極材料（c-HBC-8O），以此制備的锂離子電池在常溫和低溫環境下均表現出良好的快速充放電能力和較高的比容量。
石墨是目前商業化的锂離子電池負極材料。然而，石墨的層狀結構導緻锂離子需從層狀的邊緣嵌入然後擴散到層間，锂離子遷移路徑較長，帶來動力學過程緩慢等問題，嚴重限制了石墨負極在低溫環境和快速充放電條件下的應用。設計有序的锂離子遷移通道是解決上述問題的有效策略。
在此思想的指導下，上海師範大學肖勝雄教授和劉肖燕副研究員帶領研究團隊采用“自下而上”的原子精度精準合成的方法創制了一種高性能的非平面分子自組裝的有機負極材料（c-HBC-8O），該材料借助其前體六苯并蔻八羟基（c-HBC-8OH）的分子間C-H…π和氫鍵作用，預組裝成具有“人”字形填充模式的層狀超分子結構，有助于其形成有序的三維锂離子擴散通道。這種特殊的三維排列可以避免反複的锂化/脫锂過程對材料有序結構的破壞，大大地提高了材料的長期循環穩定性。大尺寸的共轭芳烴分子之間良好的人字形分子填充促進了三維锂離子傳輸通道的産生，锂離子通過有序的三維擴散路徑，獲得了4.1×10-8 cm2 s-1的高锂離子擴散系數。c-HBC-8O負極在常溫和低溫環境下均表現出良好的快速充放電能力和較高的比容量。
該工作得到了國家自然科學基金、上海市科委和上海師範大學的資金支持。
論文鍊接：https://doi.org/10.1039/D3TA07337H