上海市电力材料防护与新材料重点实验室刘海梅教授在钠离子电池负极材料研究方面取得重要进展，研究成果在Advanced Functional Materials (SCI一区，影响因子为13.325，DOI: 10.1002/adfm.201900535)以“Creating an Air-Stable Sulfur-Doped Black Phosphorus-TiO2Composite as High-Performance Anode Material for Sodium-Ion Storage”为题报道了这一最新研究成果。论文第一作者为刘海梅教授指导的环境与化学工程学院2016级材料化学专业硕士研究生宋天兵。
钠离子电池具有低成本、长寿命、环境友好、高能量密度等优点，满足大型储能系统的要求成为近年来的研究热点。开发性能优异的电极材料是钠离子电池走向实际应用的主要挑战。TiO2因为拥有适当的放电平台，较高的理论容量（355 mA h/g），稳定的结构，被认为是最有希望的钠离子电池负极材料，但其实际可逆容量远没有达到要求。黑磷是钠离子电池负极材料中具有超高理论容量（2569 mA h/g）的材料之一，但黑磷在空气中极不稳定。
刘海梅教授课题组创新性地利用TiO2的结构稳定性、黑磷的超大比容量、再结合硫元素掺杂，通过简单的高能球磨法将硫掺杂黑磷和TiO2复合，制备出抗氧化、高容量的钠离子电池负极材料（TiO2-BP-S）。电化学测试结果表明，在电流密度为50mA/g时，该电极材料循环100圈以后容量仍然可达到490 mAh/g，远高于目前典型的硬碳负极。同时，通过系统研究发现，该材料中黑磷和TiO2通过P-Ti键连接，和硫通过P-S键连接，提高了材料的稳定性，同时也抑制了在充放电过程中钠离子脱嵌造成的体积膨胀问题。这一研究结果对黑磷和钛基材料的设计和制备具有重要的指导意义，并对研发可量产化高性能的钠离子电池具有重要的应用前景。
该工作得到了国家自然科学基金项目，国家重点研发计划项目，上海市科委以及上海市电力材料防护与新材料重点实验室的支持。
环化学院 闵宇霖供稿