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锂离子电池因其较高的能量密度，较好的循环性能和较强的荷电保持能力而被广泛应用于便携式电子器件中，同时也被认为是混合动力汽车和电动汽车的首选电源。尽管如此，其电化学性能仍不能完全满足当前高能量密度和大功率的要求，这主要是因为已商品化和即将进入开发性研究的正极材料大多是仅能脱/嵌 1 个锂离子的嵌锂过渡金属氧化物， 这些材料存在致命的本征缺陷—较低的比容量。钒酸锂（Li1+xV3O8）由于可以嵌入多个锂离子，具有较高的理论和实际比容量，因而逐渐受到各国材料电化学和能源领域研究者的关注，然而，其较差的循环性能和倍率性能成为发展的障碍，主要问题是 Li1+xV3O8在锂离子嵌脱过程中结构不稳定且导电性能差造成的。为从根本上解决这一问题，提高钒酸锂作为正极材料的综合电化学性能，本项目构建了基于非平衡态 Li1+xV3O8 的正极材料体系，并利用了纳米、缺陷、无序和非晶的结构来抑制电化学反应过程中的不可逆相变，提高了材料本体的电子导电性和锂离子扩散系数，从而得到了容量性能和倍率性能均较高的 Li1+xV3O8 的正极材料。

到目前为止，我们已经掌握了非平衡态 Li1+xV3O8 基正极材料制备和研究的多种方法和技术。实验表明，该类正极材料的充、放电稳定性和倍率性能不仅与非平衡态的种类有关，还与不同非平衡态之间的结合及位置有较大关系。我们通过结构设计，利用合理的制备方法，制备出或具有开阔结构(如无序、准晶、介晶结构)，或在纳米晶或非晶材料外包覆很薄一层含有缺陷的无序层，能够有效增加锂离子的嵌入/脱嵌容量，提高锂离子/电子的传输速率，增强材料的结构稳定性，从而实现锂电池正极材料的大容量、高倍率和高稳定性能。图 1 是我们采用水热化学合成及后处理技术制备非平衡态 Li1+xV3O8 基正极材料的方法之一，即通过控制亚临界水热反应的溶液浓度和反应温度，制备前驱体凝胶，然后通过冷冻干燥的方法使其干燥后仍保持凝胶中的形貌，再通过低温热处理的方法得到含有大量氧空位的 Mo 掺杂 Li1+xV3O8 纳米棒组装纳米纸。该纳米纸既具有开阔的结构可容纳较多的锂离子，又具有稳定的结构和良好的离子/电子导电性能，因此表现出很好的容量、循环和倍率性能，显示出其优越性。

宋焕巧，女，博士，讲师，硕士生导师，长期从事纳米能源材料，无机复合材料，化工新材料等的应用基础研究工作，尤其在锂离子电池及超级电容器电极材料，燃料电池催化剂，费托催化剂等领域做了大量研究工作。先后主持了国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中国博士后科学基金一等资助、中国博士后科学基金特别资助等科研项目，发表研究论文近30篇。