新成果！中美科學家研制出可快速充電的鋰離子電池材料

從中國科學技術大學獲悉，中國科大合肥微尺度物質科學國家研究中心和化學與材料科學學院中科院能量轉換材料重點實驗室季恒星教授聯合美國加州大學洛杉磯分校段鑲鋒教授等在鋰離子電池領域取得重要進展。

IT之家了解到，研究成果以 “Black Phosphorus Composites with Engineered Interfaces for High-Rate High-Capacity Lithium Storage”為題，于2020年10月9日發表在國際著名學術期刊《科學》雜志(Science2020,370, 192–197)。

中國科學技術大學表示，決定鋰離子電池功率密度的關鍵之一在于負極材料的倍率性能。季恒星課題組近年來的研究發現：黑磷用作堿金屬離子電池負極具有極高的質量容量(Angew. Chem. Int. Ed.2020,59, 2318;ACS Appl. Mater. Inter.2019,11, 16656)，且黑磷的層狀結構和半導體性質也預示黑磷應具有極高的倍率性能。但是深入研究發現黑磷容易從二維片層的邊緣開始發生結構的破壞(J. Am. Chem. Soc.2018,140, 7561)，通過化學修飾可以穩定黑磷的邊界結構并伴隨著相關物理性質的重現(Angew. Chem. Int. Ed.2019,58, 1479;Adv. Mater.2017,29, 1605776)。受這些研究結果啟發，季恒星等采用高能球磨的辦法獲得了黑磷納米片與石墨納米片并肩平行排列且通過碳 - 磷共價鍵連接的復合材料，使鋰離子能夠在復合材料內高效穿梭;更進一步通過聚苯胺包覆優化固態電解質界面膜，使鋰離子能夠快速進入復合材料。

據介紹，復合材料在壓實密度達到1.49 g/cm-3的條件下可在13 A/g 的電流密度下實現近500 mAh/g(復合材料)的可逆質量容量，并穩定循環達2000次。電化學原位 X - 射線吸收譜和飛行時間二次離子質譜測試結果分別表明：碳 - 磷共價鍵的形成是提高黑磷電化學反應能力的關鍵;聚苯胺經電解液溶劑溶脹形成富含有機組分的固態電解質界面膜，是提高鋰離子進入復合材料顆粒能力的關鍵。

關鍵詞： 可快速充電鋰離子電池