众所周知，过渡金属氧化物储锂容量高、来源丰富，是石墨类负极材料最具潜力的替代材料之一。但此类材料随着锂离子的嵌入和脱出，会使材料产生巨大的体积变化，从而导致结构崩溃、粒子团聚，引起容量快速衰减。因此，发展新型的电极材料制备方法，合理设计并调控过渡金属氧化物电极的结构，是制备高性能锂离子电池负极材料的关键。

图1. 石榴状Fe₃O₄@N-C纳米簇制备模式图。

近日，化学学院先进能源材料重点实验室李鹿，王春刚和苏忠民教授以PAA纳米粒子为模板设计合成一种由超小的氮掺杂碳包覆过渡金属氧化物组装而成的石榴状Fe₃O₄@N-C纳米簇，用作锂离子电池的负极材料，并展现出优异的电化学性能。这一成果近期发表在Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201702347，IF=16.721）上。

图2. 石榴状Fe₃O₄@N-C纳米簇作为LIB负极材料的性能表现。

作为电极材料，其独特的石榴状结构和小于5 nm的超小Fe₃O₄@N-C二次单元可有效缓解充放电过程中的体积形变、保护材料的微观结构不被破坏，缩短锂离子和电子的传输距离，且其超大的比表面积为锂离子提供更多的活性位点，提高材料的嵌锂能力，为锂离子的运输和脱嵌提供了更短的通道。石榴状Fe₃O₄@N-C纳米簇在1 A g^-1电流密度下，循环1000圈后，容量高达1063.0 mA h g^-1。即使在20 A g^-1的大电流密度下，循环1000圈后，容量仍保持在417.1 mA h g^-1，表现出超高的循环稳定性和快速充放电能力。此外，该方法可以很容易地拓展到其他过渡金属氧化物电极材料的设计中，为过渡金属氧化物电极材料的应用提供了新的可能性，其特殊的结构也使其具有更广泛的应用前景。