锂/钠二次电池，即我们通常所说的可充电锂电池和钠电池，是现代电化学储能领域的核心。我们的研究聚焦于通过电化学、材料科学、界面物理化学等多学科交叉创新，致力于揭示能量存储与转换的基本规律，并以此为指导开发新一代高性能、高安全、低成本的储能器件。随着“双碳”战略的深入推进，从便携式电子设备、电动汽车到大规模智能电网储能，社会对二次电池技术提出了更高要求，这也构成了我们研究工作的根本驱动力。

锰酸锂-石墨结构锂离子电池工作原理示意图

      在当前的电池技术格局中，锂电池占据着主导地位，其正常工作依托于锂离子在正负极之间的可逆脱嵌。充电时，在外加电场的作用下，锂离子由正极材料中脱出，通过电解液、隔膜等向负极移动，嵌入到负极材料中，电子从外电路由正极向负极移动，达到整体的电荷平衡；相对的，当放电时，锂离子将会从负极材料中脱出，经过迁移，嵌入正极材料的晶格之中，电子则从负极经过外电路到达正极。

      凭借高能量密度和长循环寿命的优势，锂离子电池已成为高端电动汽车和消费电子产品的动力基石。然而，地壳中有限的锂资源储量以及其日益攀升的成本，对能源安全和可持续发展构成了潜在威胁。为此，我们的研究采取了“锂钠并行”的战略。钠电池作为锂电池极具潜力的补充与替代方案，因其原料来源广泛（钠来源于海水中取之不尽的食盐）、成本低廉及本征安全性更佳等突出优点，在大规模静态储能、低速电动车、通信基站备用电源等对成本高度敏感的领域展现出巨大的产业化前景。我们致力于构建一个多元互补的储能技术体系，以应对不同应用场景的差异化需求。

       我们的研究工作深入电池体系的各个核心环节，涵盖了从原子分子尺度的基础科学到电池材料制造的工艺化探索。在关键材料创新层面，我们正全力攻关下一代正负极材料。对于正极，我们优化磷酸铁锂、高镍三元材料；针对钠电池研发高稳定性、高工作电压的层状氧化物和聚阴离子型正极材料。在负极方面，我们的目标是超越传统石墨的理论极限，具体包括研究容量高达十倍于石墨的硅基负极材料，通过先进的纳米结构、界面设计、硅碳复合等策略缓解其巨大的体积膨胀问题；同时，我们系统研究钠电池的关键负极材料——硬碳，深入理解其储钠机理并指导其性能优化；此外，我们对终极负极——金属锂/金属钠负极也展开了前沿探索，旨在解决其枝晶生长和界面不稳定的世界性难题，为实现终极高能量密度电池奠定基础。

       电池的安全性与寿命直接由电极与电解质之间的复杂界面行为所决定，因此，界面科学是我们研究的重中之重。我们利用原位XRD、原子对分布函数PDF等尖端表征技术，实时观测充放电过程中界面结构的动态演变，揭示离子在固液/固固界面处的传输与副反应机理。基于这些基础科学认知，我们发展了一系列精准的界面调控策略，例如设计新型功能电解液添加剂、开发三维导体包覆层等，显著提升了电池的库伦效率、循环稳定性和高温耐受性。在此基础上，我们也在固态电池等更具前瞻性的下一代电池体系上进行了战略布局。固态电池使用不可燃的固态电解质，被视为从根本上解决电池安全性问题并进一步提升能量密度的终极方案之一，拥有远超现有锂离子电池的理论能量密度，代表着未来远景方向。

      本课题组以“从原子到系统”为研究理念，坚持基础研究与应用开发并重。我们不仅追求在顶级学术期刊上发表创新成果，也积极与产业界合作，推动实验室的突破性技术走向中试和产业化。我们的终极目标是通过持续的技术创新，为解决国家能源战略需求、推动社会迈向一个更加绿色、高效的能源未来贡献核心力量。