新型鋰離子電池電極材料讓鋰電池快速充電成為可能

記者日前從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，季恒星教授研究組與合作者們在新型鋰離子電池電極材料研究方面取得重大突破：全新設(shè)計的黑磷復(fù)合材料使兼具高容量、快速充電且長壽命的鋰離子電池成為可能。該成果10月9日在《科學(xué)》上發(fā)表。

電極材料是決定電池性能指標(biāo)的關(guān)鍵因素之一。“能量通過鋰離子與電極材料的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)出電池，因此電極材料對鋰離子的傳導(dǎo)能力是決定充電速度的關(guān)鍵;另一方面，單位質(zhì)量或體積的電極材料容納鋰離子的多少也是一個重要因素。”論文第一作者金洪昌博士介紹，黑磷是白磷的同素異形體，特殊的層狀結(jié)構(gòu)賦予它很強(qiáng)的離子傳導(dǎo)能力和高理論容量，是極具潛力的滿足快充要求的電極材料。

科研人員采用“界面工程”策略將黑磷和石墨通過磷碳共價鍵連接在一起，在穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)的同時提升了黑磷石墨復(fù)合材料內(nèi)部對鋰離子的傳導(dǎo)能力。但電極材料在工作過程中會被電解液逐漸分解的化學(xué)物質(zhì)所包裹，部分物質(zhì)會阻礙鋰離子進(jìn)入電極材料，就像玻璃表面的灰塵阻礙光線穿透。研究團(tuán)隊用輕薄的聚合物凝膠做成防塵外衣“穿”在黑磷石墨復(fù)合材料表面，使鋰離子得以順利進(jìn)入。

“我們采用常規(guī)的工藝路線和技術(shù)參數(shù)將黑磷復(fù)合材料做成電極片。測量結(jié)果表明，電極片充電9分鐘即可恢復(fù)約80%的電量，2000次循環(huán)后仍可保持90%的容量。”共同第一作者，中國科學(xué)院化學(xué)研究所的辛森研究員介紹說，“如果能夠?qū)崿F(xiàn)這款材料的大規(guī)模生產(chǎn)，找到匹配的正極材料及其他輔助材料，并針對電芯結(jié)構(gòu)、熱管理和析鋰防護(hù)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，將有望獲得能量密度達(dá)350瓦時/千克并具備快充能力的鋰離子電池。”

據(jù)測算，具備能量密度350瓦時/千克的鋰離子電池能夠使電動汽車的行駛里程接近1000千米，將使電動汽車的用戶體驗上升一個臺階。（科技日報記者 吳長鋒）

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