高能量密度和高功率密度动力电池是未来电动汽车的核心。目前所使用的商业化正极材料，如LiCoO₂ 或LiFeO₄ 组装的动力电池能量密度较低，难以满足长距离行驶。因此，开发高能量电池正极材料是当前的研究热点。新型尖晶石LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 因具有4.75 V的高电压平台,695 Wh kg⁻¹ 的理论能量密度以及三维快速锂离子传输通道，成为下一代电动汽车电池的正极材料之一。然而，LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 的应用瓶颈在于其循环稳定性以及快速充放电性能较差。

日前，武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室麦立强教授课题组通过一种原位拓扑嵌入的方法制备了碳纳米管改性的LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 多面体-中空球分级结构。通过分级构筑有效增大了活性材料与电解液的接触面积，缩短了锂离子的扩散路径，并为锂离子嵌入脱出过程中活性材料的体积变化提供了缓冲空间。同时，高导电性碳纳米管在多面体LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 表面形成了三维连续导电网络，有效提高了材料的整体导电性。通过这一有效构筑，实现了材料在5 C电流密度下首次放电容量127 mAh g⁻¹，循环寿命达500次以上；在充放电时间仅为3分钟条件下，比容量高达121 mAh g⁻¹，实现了材料的快速充放电。

该成果最近以封面文章发表在Science China Materials 2016年第2期（原文链接：http://mater.scichina.com/EN/10.1007/s40843-016-0120-3）上。此外，麦立强教授课题组还提出采用梯度静电纺丝技术构筑了介孔、豌豆状纳米管状结构(Nat. Commun. 2015, 6, 7402)，进一步通过自卷曲-奥斯特瓦尔德熟化-再卷曲技术制备了新型钒氧化物纳米卷材料(Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 1773)。这些特殊纳米结构的构筑策略为下一代高能量密度、高功率密度动力电池及关键材料的性能优化和发展应用提供了新思路和新途径。

上述工作得到了国家杰出青年科学基金、国家重大科学研究计划等的资助。