锂电池是一类由锂金属或锂合金为正/负极材料、使用非水电解质溶液的电池。1912年锂金属电池最早由Gilbert N. Lewis提出，2019年诺贝尔化学奖颁给了约翰·B·古迪纳夫（John B. Goodenough）等以表彰他们对发明锂离子电池做出的贡献。锂电池可分为锂金属电池和锂离子电池两类，其中电极材料仍是锂电池发展的核心。近期，省部共建国家重点实验室新能源材料团队冉奋教授在锂电池的正负极电极材料研究上取得了重要进展，相关研究成果发表在中科院一区和TOP期刊《Nano Letters》、《ACS Nano》、《Materials Today》上。

以硫为正极材料的锂硫电池具有优异的比容量（1675 mAh g^-1）和较高的能量密度（2800 Wh kg^-1），但是“穿梭效应”使其一直受到容量衰减和循环寿命短的困扰。作者利用有机-金属框架材料前驱体衍生的三种不同孔径的多孔碳材料，探索抑制多硫化物穿梭和增强Li⁺迁移的最佳孔尺寸。当孔径调节至0.8纳米时，PP隔膜改性层具有优异的离子筛分效果，从而该锂电池实现了稳定的循环能力。这一研究不仅详细地探索了尺寸筛分效应在抑制多硫化物穿梭和促进Li⁺扩散方面的机制，而且第一次根据多硫化物和Li⁺尺寸确定了修饰隔膜的最佳孔尺寸，为锂电池利用尺寸筛分效应抑制多硫化物穿梭提供了有力依据。相关成果以“Precise Design of a 0.8 nm Pore Size in a Separator Interfacial Layer Inspired by a Sieving Effect toward Inhibiting Polysulfide Shuttling and Promoting Li⁺ Diffusion”为题发表在《Nano Letters》（影响因子9.6）上，材料学院2021级博士研究生康小雅为第一作者。

快速充电，是锂离子电池当今发发展的主旋律。电池在快速充电时会经历以下几个过程：i) Li⁺在正极材料和负极材料中的扩散。ii) Li⁺在正极/电解质界面(AEI)和负极/电解质界面(SEI)的溶剂化和脱溶剂化。iii) Li⁺在电解液中的扩散。从材料的角度来看，限制快速充电的关键是Li⁺在材料晶格中的扩散问题，可见寻找可替代的快速充电正负极电极材料提高电池的快充性能是至关重要的。作者从三个方面总结阐述了锂离子电池快充负极材料的研究现状，介绍了快充原理，为快充锂离子电池的设计提供理论指导；全面回顾了常见快充负极材料的晶体结构和Li⁺扩散路径，总结了近年来典型快充负极材料的研究进展，包括先进形貌的制备方法和改善性能的最新技术；简要讨论了快速充电负极材料面临的巨大挑战和未来趋势，并为快充锂离子电池的合理设计提供了途径和灵感。相关成果以““Fast-Charging” Anode Materials for Lithium-Ion Batteries from Perspective of Ion Diffusion in Crystal Structure”为题发表在美国化学会期刊《ACS Nano》（影响因子15.8）上，材料学院2020级博士研究生王蕊为第一作者。

针对锂离子电池正极材料，研究了快速充电过程中的关键动力学限制因素，总结了目前报道的各种具有提高离子快速扩散能力和快速反应动力学的快速充电阴极材料。基于快速充电过程中正极材料的储能机理，讨论了纳米结构、掺杂和多体系等一系列策略，指出电池型正极材料中赝容性对构建快速充电锂离子电池和钠离子电池的贡献。相关成果以“Fast-Charging Cathode Materials for Lithium & Sodium Ion Batteries”为题发表在爱思唯尔期刊《Materials Today》（影响因子921.1）上，第一作者为材料学院2022级博士研究生袁梅梅。

值得指出的是，这些成果发表后受到了世界范围同行的广泛关注，两篇文章短期内分别被引用90次和41次，并同时入选ESI高被引论文。

上述研究得到了国家自然科学基金（51203071, 51363014, 51463012, 51763014, 52073133, 52463013）的资助，通讯作者均为冉奋教授。（撰稿：冉奋，审核：石玗）