中美科学家研制出可快速充电的锂离子电池材料
发布时间：2020-10-09 发布者：亚时财经
近期，中国科学技术大学季恒星教授研究组与美国加州大学洛杉矶分校、中国科学院化学研究所等机构合作，研制出一种新型黑磷复合材料，充电9分钟即可恢复约80%的电量，使得兼具快速充电、高电荷容量、长寿命优点的锂离子电池成为可能。
黑磷是白磷的同素异形体，特殊的层状结构赋予它很强的离子传导能力和高理论容量，是极具潜力的满足快充要求的电极材料。然而黑磷容易从层状结构的边缘开始发生结构破坏，实测性能远低于理论预期。季恒星团队采用“界面工程”策略将黑磷和石墨通过磷碳共价键连接在一起，在稳定材料结构的同时提升了黑磷石墨复合材料内部对锂离子的传导能力。
但电极材料在工作过程中会被电解液逐渐分解的化学物质所包裹，部分物质会阻碍锂离子进入电极材料，就像玻璃表面的灰尘阻碍光线穿透。研究团队用轻薄的聚合物凝胶做成防尘外衣“穿”在黑磷石墨复合材料表面，使锂离子得以顺利进入。
黑磷复合负极材料结构和储锂性能
电极材料是决定电池性能指标的关键因素之一。论文第一作者金洪昌博士介绍：“能量通过锂离子与电极材料的化学反应进出电池，因此电极材料对锂离子的传导能力是决定充电速度的关键；另一方面，单位质量或体积的电极材料容纳锂离子的多少也是一个重要因素。“
“我们采用常规的工艺路线和技术参数将黑磷复合材料做成电极片。实验室的测量结果表明，电极片充电9分钟即可恢复约80%的电量，2000次循环后仍可保持90%的容量。”中国科学院化学研究所的辛森研究员介绍说，“如果能够实现这款材料的大规模生产，找到匹配的正极材料及其他辅助材料，并针对电芯结构、热管理和析锂防护等进行优化设计，将有望获得能量密度达350瓦时/千克并具备快充能力的锂离子电池。”
据了解，具备每千克350瓦时能量密度的锂离子电池，能使电动汽车的行驶里程接近1000公里。结合快速充电能力，将使电动汽车的用户体验大幅提升。
目前，该项研究成果于2020年10月9日发表在国际著名学术期刊《科学》杂志。
编辑：KoKo
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