一体化电极的高效构筑与电化学性能调控机制

传统的电极制备方法主要采用粉末涂布技术，需要使用大量的粘结剂和复杂制备工艺。这种方法的不导电粘结剂降低了电极的导电性，导致电极需要使用额外的导电剂。此外，电极涂覆厚度受限，严重限制了电极材料倍率性能的发挥和电极面容量的提高。

一体化电极高效制备技术的发展为提高电极的倍率性能和面容量提供了一条切实可行的途径。该项目以新型高容量过渡金属化合物为核心，发展了原位构筑一体化电极的方法，揭示了一体化电极基元间电子/离子输运机制，实现能源存储器件（包括锂/钠离子电池和超级电容器）的性能提升，为储能器件的性能优化、机理探索及实际应用提供了新策略和理论指导。

主要科学发现如下：

科学发现一：[建立了高容量镍钴基化合物一体化电极的可控构筑的理论与方法] 利用导电衬底独特的三维导电网络、大的比表面积以及高的孔隙率特性，在衬底上实现高容量镍钴基化合物纳米阵列的原位生长。这样构筑的机械和电学接触良好的一体化电极，获得优异的界面结合强度和高效的电子/离子传输路径，揭示了良好的阵列网络改善电极电子/离子输运特性的机制。

科学发现二：[阐明了组分协同优化提升一体化电极电子/离子输运特性的机制] 将有序集成电极电化学动力学上的优势和组分协同优化相结合，利用离子替代、物相复合、元素掺杂等手段分别实现了一体化电极的组分协同优化。充分利用组分协同提升了电极的电化学动力学性能，阐明了组分协同优化提升镍钴基化合物一体化电极电子/离子输运特性的机制。

科学发现三：[发展了一体化电极的多级微纳结构调控策略及其储能性能增强机理] 通过合成条件、成分比例以及反应参数等精细调控，实现了一体化电极独特的多级微纳结构的调控。开发了系列具有多级微纳结构的一体化电极。多级微纳结构极大提高了电极的比表面积和电化学活性位点，扩大电解液与电极材料的接触面积，增强界面载流子传输效率，揭示了多级微纳结构一体化电极的储能性能增强机理。

该项目得到了国家重点基础研究发展计划（973计划）和国家自然科学基金的资助。基于这一研究体系，项目完成人累计发表SCI论文36篇，总他引次数达3000余次。其中，8篇代表作及论文在Nano Energy（IF=15.548）、J.Mater.Chem.A（IF=10.733）等国际知名期刊发表，6篇论文IF>10。

传统的电极制备方法主要采用粉末涂布技术，需要使用大量的粘结剂和复杂制备工艺，不导电的粘结剂降低了电极的导电性，导致电极需要使用额外的导电剂，而且电极涂覆厚度受限，严重限制了电极材料倍率性能的发挥和电极面容量的提高。一体化电极高效制备技术的发展为提高电极的倍率性能和面容量提供了一条的切实可行的途径。该项目以新型高容量过渡金属化合物为核心，发展了原位构筑一体化电极的方法，揭示了一体化电极基元间电子/离子输运机制，实现能源存储器件（包括锂/钠离子电池和超级电容器）的性能提升，为储能器件的性能优化、机理探索及实际应用提供了新策略和理论指导。主要科学发现如下： 科学发现一：[建立了高容量镍钴基化合物一体化电极的可控构筑的理论与方法]利用导电衬底独特的三维导电网络、大的比表面积以及高的孔隙率特性，在衬底上实现高容量镍钴基化合物纳米阵列的原位生长，构筑机械和电学接触良好的一体化电极，获得优异的界面结合强度和高效的电子/离子传输路径，揭示了良好的阵列网络改善电极电子/离子输运特性的机制。 科学发现二：[阐明了组分协同优化提升一体化电极电子/离子输运特性的机制]将有序集成电极电化学动力学上的优势和组分协同优化相结合，利用离子替代、物相复合、元素掺杂等手段分别实现了一体化电极的组分协同优化，充分利用组分协同提升了电极的电化学动力学性能，阐明了组分协同优化提升镍钴基化合物一体化电极电子/离子输运特性的机制。 科学发现三：[发展了一体化电极的多级微纳结构调控策略及其储能性能増强机理]通过合成条件、成分比例以及反应参数等精细调控，实现了一体化电极独特的多级微纳结构的调控，开发了系列具有多级微纳结构的一体化电极。多级微纳结构极大提高了电极的比表面积和电化学活性位点，扩大电解液与电极材料的接触面积，增强界面载流子传输效率，揭示了多级微纳结构一体化电极的储能性能增强机理。 该项目得到了国家重点基础研究发展计划（973计划）和国家自然科学基金的资助。基于这一研究体系，项目完成人累计发表SCI论文36篇，总他引次数达3000余次,其中8篇代表作及论文在Nano Energy(IF=15.548)、J.Mater.Chem.A(IF=10.733)等国际知名期刊发表，6篇论文IF>10。