作为锂离子电池的核心，负极活性材料要求具有高容量高库伦效率；正极则应具备高电导率高工作电压平台。三维石墨烯为研发上述高性能正负极材料提供了机遇，其提供高效率的电子输运路径、充足的负极材料体积变化空间、适宜的活性材料分散性等，因此备受关注。然而，原子尺度下的脱/嵌锂动态过程、普适性的复合材料制备技术、以及电子输运路线与增强机制尚未清晰。

刘金云、黄家锐课题组针对上述瓶颈问题，开展深入研究，以金属Sn/石墨烯复合负极为例，创新性地设计了石墨烯/Sn/碳质材料双巢复合结构，既实现了高容量Sn金属的纳米化，又为其提供充放电体积变化的缓冲空间，促进其表面形成稳定的固态电解质界面膜，大大提高库伦效率（接近100%）和容量稳定性。原位透射电镜技术更是直接证实了充放电的结构变化，表明活性材料本身的大幅体积变化并不影响整体电极的结构完整性。正极方面，以研制Li₃V₂(PO₄)₃/石墨烯复合正极为例，发现复合材料在4.3-3.0 V及4.8-3.0 V两个电压范围内都展现出高能量密度和稳定性。0.5 C条件下在4.3-3.0 V电压范围内500次循环的电极能量密度依然保持370 Wh/kg以上；在低温?5 °C条件下，复合材料也具备高容量保持率。此外，NiMn₂O₄与NiCo₂O₄/石墨烯复合材料也表现出高的容量与稳定性，进一步验证了普适性合成方法的可行性和三维复合结构设计的适用性。相关研究结果发表在Chemical Communiction, 2017, 53, 13125-13128 (入选背封面论文); Journal of Power Sources, 2018, 378, 677-684; Journal of Alloys and Compounds, 2018, 739, 837-847; 2018, doi: 10.1016/j.jallcom.2018.01.097。

上述工作主要分别由我校化材学院研究生林夕蓉和王伟同学在刘金云、黄家锐教授指导下完成。安徽师范大学为第一作者单位、通讯作者单位；同时研究工作也得到上海交通大学与美国威斯康辛大学老师的合作与协助。研究工作得到了国家自然科学基金、装备预研教育部联合基金青年人才基金等项目的支持。