“全新設(shè)計(jì)的黑磷復(fù)合材料使兼具高容量、快速充電且長(zhǎng)壽命的鋰離子電池成為可能。”論文第一作者金洪昌博士介紹，“一方面，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(duì)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(gè)重要因素。”
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。然而黑磷容易從層狀結(jié)構(gòu)的邊緣開始發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞，實(shí)測(cè)性能遠(yuǎn)低于理論預(yù)期。季恒星團(tuán)隊(duì)采用“界面工程”策略將黑磷和石墨通過磷碳共價(jià)鍵連接在一起，在穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)的同時(shí)提升了黑磷石墨復(fù)合材料內(nèi)部對(duì)鋰離子的傳導(dǎo)能力。
“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。實(shí)驗(yàn)室的測(cè)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(duì)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(jì)，將有望獲得能量密度達(dá)350瓦時(shí)/千克，并具備快充能力的鋰離子電池。”
據(jù)了解，具備每千克350瓦時(shí)能量密度的鋰離子電池，能使電動(dòng)汽車的行駛里程接近1000公里。結(jié)合快速充電能力，將使電動(dòng)汽車的用戶體驗(yàn)大幅提升。
