日前，东南大学材料科学与工程学院陈坚教授课题组在等离子体表面技术改性锂电负极材料方面取得两项重要进展。课题组硕士研究生朱建峰以第一作者在国际著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces （IF：8.097）在发表“Plasma-introduced oxygen defects confined in Li4Ti5O12 nanosheets for boosting lithium-ion diffusion”论文，陈坚教授与孙正明教授为共同通讯作者；在国际著名能源类期刊Energy Storage Materials （即时IF：15.885）上发表“Lithiophilic metallic nitrides modified nickel foam by plasma for stable lithium metal anode”论文，陈坚教授与周敏教授为共同通讯作者。
随着信息时代的快速发展，人们对清洁能源的需求日益增加，锂离子电池和新型锂金属电池作为清洁能源中的代表，受到了人们的广泛关注。然而，两种电池体系的负极材料都受到了不同问题的制约，探究有效且环保的改性方法成为一种十分可行的方式。
等离子体是分子、原子及其被电离后产生的正负粒子组成的气状物质，拥有优异的反应活性可以使物质分子激发、离解和电离，可以有效地对材料表面进行修饰改性，包括产生物理化学变化、刻蚀、引入特定的基团等，使材料的亲水性、粘结性、生物相容性及电化学性能得到改善，同时等离子体技术具有工艺简单、操作方便、加工速度快、处理效果好、环境污染小、节能的优点,成为一种有效的改性方法。
在陈坚教授课题组最近的工作中，通过对典型的嵌入型锂离子电池负极材料—钛酸锂（Li4Ti5O12）进行等离子体处理，从而在材料中引入氧空位，使得材料的电导率和离子扩散系数得到有效地提升，从而提高了材料的比容量和倍率性能。该工作并探索了氧空位和缺陷在钛酸锂材料中的作用机制，证明了通过等离子体引入氧空位和缺陷是一种有效的改善材料性能的方法。
在锂金属三维集流体改性方面，陈坚教授课题组利用等离子体技术，在泡沫镍表面形成了致密的氮化镍修饰层，这种氮化物层具有优异的亲锂性和离子迁移速率。在电沉积锂金属进入泡沫镍骨架后，氮化镍和锂原位生成具有亲锂的氮化锂。得益于该表面离子氮化物修饰层，该泡沫镍集流体作为对称电池在1mA/cm2的电流密度下可以稳定循环350次以上，同时库伦效率保持在98%以上。这项工作不止证明了等离子体技术可用于修饰锂金属负极材料，更探究了金属氮化物作为亲锂性层的可行性。
以上研究工作得到国家自然科学基金（项目编号：11472080、51731004）和江苏生研究生科研和实践创新计划项目（项目编号：SJCX18_0033）的支持。
等离子体处理泡沫镍过程示意图
论文链接：
1. Plasma-introduced oxygen defects confined in Li4Ti5O12 nanosheets for boosting lithium-ion diffusion, ACS Applied Materials & Interfaces, 2019, https://doi.org/10.1021/acsami.9b02102
2. Lithiophilic metallic nitrides modified nickel foam by plasma for stable lithium metal anode, Energy Storage Materials, 2019, https://doi.org/10.1016/j.ensm.2019.04.005