中科大Science：黑磷復合材料助力鋰離子電池快充技術

【研究背景】

鋰離子電池（LIBs）在包括電動汽車在內的各種應用中越來越重要。但是當今的電池只能提供有限的功率密度（例如，電池級的功率密度約為100至300 W kg^-1），并且通常需要較長的充電時間才能安全運行。能量通過鋰離子與電極材料的化學反應進出電池，因此電極材料對鋰離子的傳導能力是決定充電速度的關鍵；另一方面，單位質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。為此，必須開發一種同時具有高理論容量、快速充電所必需的優異電子傳導性和Li⁺擴散性的電極材料，用于開發具有快速充電能力的大容量鋰離子電池。

【成果簡介】

近日，中國科學技術大學季恒星教授與加州大學洛杉磯分校段鑲鋒教授聯合在新型鋰離子電池電極材料研究方面取得了重大突破：通過采用“界面工程”策略將黑磷和石墨通過共價鍵連接在一起，在穩定材料結構的同時提升了黑磷石墨復合材料內部對鋰離子的傳導能力。通過將輕薄的聚合物凝膠做成防塵外衣“穿”黑磷石墨復合材料的表面，使得鋰離子可以順利進入電極材料。結果表明，電極片充電9分鐘即可恢復約80%的電量，2000次循環后認可保持90%的容量。該全新設計的黑磷復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。該文章近日以題為“Black phosphorus composites with engineered interfaces for high-rate high-capacity lithium storage”發表在知名期刊Science上。

【圖文導讀】

圖一、(BP-G)/PANI的結構

圖二、(BP-G)/PANI的電化學性能

圖三、XAS原位示蹤BP-G電極的結構演化

圖四、BP-G的電荷轉移性質和結構

圖五、(BP-G)/PANI和BP-G負極的界面研究

文獻鏈接：Black phosphorus composites with engineered interfaces for high-rate high-capacity lithium storage (Science, 2020, doi: 10.1126/science.aav5842)

本文由大兵哥供稿。