重要進展！中美科學(xué)家研制出可快速充電的鋰離子電池材料

從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，中國科大合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心和化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院中科院能量轉(zhuǎn)換材料重點實驗室季恒星教授聯(lián)合美國加州大學(xué)洛杉磯分校段鑲鋒教授等在鋰離子電池領(lǐng)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(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》雜志(Science2020,370, 192–197)。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)表示，決定鋰離子電池功率密度的關(guān)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(fā)現(xiàn)：黑磷用作堿金屬離子電池負極具有極高的質(zhì)量容量(Angew. Chem. Int. Ed.2020,59, 2318;ACS Appl. Mater. Inter.2019,11, 16656)，且黑磷的層狀結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體性質(zhì)也預(yù)示黑磷應(yīng)具有極高的倍率性能。但是深入研究發(fā)現(xiàn)黑磷容易從二維片層的邊緣開始發(fā)生結(jié)構(gòu)的破壞(J. Am. Chem. Soc.2018,140, 7561)，通過化學(xué)修飾可以穩(wěn)定黑磷的邊界結(jié)構(gòu)并伴隨著相關(guān)物理性質(zhì)的重現(xiàn)(Angew. Chem. Int. Ed.2019,58, 1479;Adv. Mater.2017,29, 1605776)。受這些研究結(jié)果啟發(fā)，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(fù)合材料，使鋰離子能夠在復(fù)合材料內(nèi)高效穿梭;更進一步通過聚苯胺包覆優(yōu)化固態(tài)電解質(zhì)界面膜，使鋰離子能夠快速進入復(fù)合材料。

據(jù)介紹，復(fù)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(xiàn)近500 mAh/g(復(fù)合材料)的可逆質(zhì)量容量，并穩(wěn)定循環(huán)達2000次。電化學(xué)原位 X - 射線吸收譜和飛行時間二次離子質(zhì)譜測試結(jié)果分別表明：碳 - 磷共價鍵的形成是提高黑磷電化學(xué)反應(yīng)能力的關(guān)鍵;聚苯胺經(jīng)電解液溶劑溶脹形成富含有機組分的固態(tài)電解質(zhì)界面膜，是提高鋰離子進入復(fù)合材料顆粒能力的關(guān)鍵。