近期对微型电池的研究逐渐从二维结构转向三维结构，而三维电极结构的设计、制备及电解质薄膜的保型沉积仍是三维薄膜锂电池发展的关键和难点。近期以来，国内外很多科学家对三维纳米结构电极的构架设计、制备方法和电极材料进行了大量研究，发现通过在导电衬底上直接制备自支撑氧化物纳米线/棒、纳米片及纳米管阵列可有效构建三维纳米结构电极，从而增大电极/电解质接触面积，减小锂离子扩散路径。然而，目前大部分关于三维纳米结构电极的报道是负极材料，对于正极材料自支撑三维纳米结构的制备和研究只有零星的报道。对于用金属锂做负极的全固态薄膜锂电池而言，正极材料三维纳米结构的构建更为重要，其性能直接决定了全电池的性能。但正极材料的制备过程往往需要高温处理以得到理想的晶体结构和结晶度，而纳米结构在高温条件下难以保持，且金属衬底与正极材料之间在高温下可能发生界面反应而在正极材料中引入杂质，使得正极材料三维纳米结构的构建成为三维薄膜电池研究的难点。

本课题组一直致力于研究正极材料三维纳米结构的低温制备方法，前期通过Co₃O₄纳米线阵列嵌锂+煅烧的方法成功制备了三维LiCoO₂纳米线阵列（NPG Asia Materials 2014, 6, e126）。然而该方法仍存在缺陷，样品仍需高温处理才能得到所需晶体结构，需要精确控制高温处理时间及温度才能保存原有纳米结构。在前期工作中，本课题组发现尖晶石结构的Co₃O₄通过水热嵌锂可以一步得到尖晶石结构的LiCoO₂，但不能得到层状结构的LiCoO₂，说明尖晶石-尖晶石相这样一个嵌锂转变过程可以在低温水热条件下实现。在前期工作基础上，本课题组与南理工朱俊武教授课题组、美国加州圣地亚哥分校孟颖教授课题组在三维LiMn₂O₄纳米结构制备上取得突破，采用具有尖晶石结构的Mn₃O₄纳米片阵列为模板，通过水热嵌锂法一步低温制备出具有高结晶度的LiMn₂O₄纳米片阵列，证明了水热嵌锂条件下可实现尖晶石到尖晶石结构的转变。由于结构的相似性，所得到LiMn₂O₄完美的保留了Mn₃O₄的纳米结构，解决了之前文献报道用MnO₂水热嵌锂制备LiMn₂O₄无法保存原有纳米结构的难题。该方法简便易行，适用于不同导电基底，本课题组同样在碳布基底上垂直生长了LiMn₂O₄纳米片阵列，并将其与Li₄Ti₅O₁₂纳米片阵列组合构建了柔性锂离子电池，并展现出优越的电化学性能和柔性。该工作于近期发表在Nano Energy期刊上，相关链接：

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285516000422