Nano-Micro LettersJiwon Bok, Jeongyeon Ahn, Bogeun Park, Donghyeon Nam, Hee Seung Ryu, Uijun Lee, Jaeyeong Jang, Shihyun Chang, Sungha Choi, Minseong Kwon, Woojae Chang, Du Yeol Ryu, Daegun Kim, Hee-Dae Lim, Byung-Hyun Kim*, Yongmin Ko*, Jinhan Cho*
Nano-Micro Letters (2027)19: 12
https://doi.org/10.1007/s40820-026-02313-6
1. 高能卟啉配体稳定的磷酸铁锂(LiFePO₄, LFP)纳米颗粒可作为正极活性组分，同时提供高容量与优异循环稳定性。
2. 界面相互作用介导的组装可有效防止卟啉在电解液中的溶解。
智能电子设备和电动汽车的快速发展，对兼具高能量密度、高功率密度和长寿命的锂离子电池提出了迫切需求。正极材料的可逆比容量与工作电压是影响锂离子电池能量密度的重要因素。相较于石墨及硅基负极材料，常见正极材料的比容量较低，因此，兼顾容量、倍率性能与循环稳定性是正极材料设计的重要挑战。
高丽大学化学与生物工程系Jinhan Cho教授、汉阳大学ERICA校区应用化学系Byung-Hyun Kim副教授和大邱庆北科学技术院Yongmin Ko研究员等构筑了一种高性能织物正极。研究将19 nm LiFePO₄纳米颗粒与胺功能化卟啉配体共价整合，并引入多壁碳纳米管多层网络。热退火后，碳纳米管层转化为共价交联导电网络，使无粘结剂织物正极在约0.1 C下实现约260 mAh g⁻¹比容量；在1 C下循环2000次后仍保持超过93%的初始容量和近100%的库仑效率。该策略通过界面相互作用同时发挥LFP插层储锂与卟啉多电子氧化还原活性，为高容量、耐久正极提供了新路径。
图文导读
Scheme 1. PP-LFP纳米颗粒制备及织物正极层层组装路线。
随着沉积周期增加，膜的质量和厚度稳定增长；退火前后的 FTIR 光谱变化进一步证实酰胺键形成，表明原有氢键连接的复合层转化为更稳定的共价交联网络。最关键的是，溶出测试表明该网络能有效约束PP配体留在电极界面，从源头上守住其提供额外氧化还原容量的功能。
图1. PP-LFP纳米颗粒复合层的构筑、结构表征及卟啉抗溶出能力。
这一点决定了高负载时的差别：与容易出现局部厚堆积的浆料铸膜相比，多孔织物给活性颗粒留下了更充足的传输界面。图2中随沉积周期提升的负载量，说明它并非只能承载薄层材料，而是能够稳定接纳更多活性物质，为面容量提升提供结构基础。
图2. 导电织物集流体、复合层覆盖形貌及负载能力。
同样负载量下，织物正极在充放电曲线和倍率测试中均优于浆料电极；Nyquist图给出的更低传输阻力，为这种优势补上了动力学证据。图3a至g从容量来源、实际输出到界面传输依次回答了“为何更高、为何更快”。
图3. 织物正极的容量、氧化还原机制、倍率性能和阻抗特征。
循环后的成分和界面分析解释了耐久性的来源。元素含量变化与F 1s XPS信号共同说明，牢固的界面整合减少了活性有机组分向电解液溶出，并缓和了副反应累积。也正因如此，图4a至f所呈现的长寿命并非偶然现象，而是结构稳定性在电化学中的直接映射。
图4. 循环稳定性、文献对标和循环后界面化学分析。
结果显示，随堆叠数增加，充放电容量近似线性提高，倍率响应并未明显牺牲，面能量密度与面功率密度也同步提升。图5a至d说明，这一体系的优势不只停留在材料层面，还可通过简单堆叠转化为可扩展的器件表现。
图5. 多层织物电极的堆叠构型及面容量、倍率、能量和功率密度。
Jinhan Cho
本文通讯作者
高丽大学 教授
有机/无机纳米复合薄膜、功能纳米颗粒、超薄功能膜、储能与传感器件。
▍主要研究成果
高丽大学化学与生物工程系、KU-KIST融合科学技术研究生院教授。1995年和1997年在浦项科技大学获得化学工程学士、硕士学位，2001年在首尔大学获博士学位；此后先后在德国马克斯·普朗克胶体与界面研究所和墨尔本大学开展博士后研究，2006—2010年任国民大学助理教授，2010年起任职高丽大学。长期研究有机/无机纳米复合膜、功能纳米颗粒及其在能源、传感等领域的应用。
▍Email：jinhan71@korea.ac.kr
撰稿：《纳微快报(英文)》编辑部
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