最近，学院肖胜雄教授和刘肖燕副研究员团队在锂离子电池快充及低温性能研究中取得重要进展，在《Journal of Materials Chemistry A》上发表题为“Herringbone packed contorted aromatics with ordered three-dimensional channels as fast-charging and low-temperature lithium-ion battery anodes”的研究论文。该研究采用“自下而上”的原子精度精准合成的方法创制了一种高性能的非平面分子自组装的有机负极材料（c-HBC-8O），以此制备的锂离子电池在常温和低温环境下均表现出良好的快速充放电能力和较高的比容量。
石墨是目前商业化的锂离子电池负极材料。然而，石墨的层状结构导致锂离子需从层状的边缘嵌入然后扩散到层间，锂离子迁移路径较长，带来动力学过程缓慢等问题，严重限制了石墨负极在低温环境和快速充放电条件下的应用。设计有序的锂离子迁移通道是解决上述问题的有效策略。
在此思想的指导下，上海师范大学肖胜雄教授和刘肖燕副研究员带领研究团队采用“自下而上”的原子精度精准合成的方法创制了一种高性能的非平面分子自组装的有机负极材料（c-HBC-8O），该材料借助其前体六苯并蔻八羟基（c-HBC-8OH）的分子间C-H…π和氢键作用，预组装成具有“人”字形填充模式的层状超分子结构，有助于其形成有序的三维锂离子扩散通道。这种特殊的三维排列可以避免反复的锂化/脱锂过程对材料有序结构的破坏，大大地提高了材料的长期循环稳定性。大尺寸的共轭芳烃分子之间良好的人字形分子填充促进了三维锂离子传输通道的产生，锂离子通过有序的三维扩散路径，获得了4.1×10-8 cm2 s-1的高锂离子扩散系数。c-HBC-8O负极在常温和低温环境下均表现出良好的快速充放电能力和较高的比容量。
该工作得到了国家自然科学基金、上海市科委和上海师范大学的资金支持。
论文链接：https://doi.org/10.1039/D3TA07337H