充電9分鐘可恢復(fù)約80%的電量，2000次循環(huán)后仍可保持90%的容量……中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)季恒星教授研究組與合作者全新設(shè)計(jì)的新型鋰電池電極材料——黑磷復(fù)合材料，使兼具高容量、快速充電且長(zhǎng)壽命的鋰電池成為可能。該成果于10月9日發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

隨著環(huán)保意識(shí)深入人心，電動(dòng)汽車愈發(fā)受到市場(chǎng)青睞，但漫長(zhǎng)的充電時(shí)間讓人望而卻步。一般來(lái)說(shuō)，電動(dòng)汽車的充電方式有兩種，一種是快充，也就是大功率直流電一般約半個(gè)小時(shí)就可充滿80%，還有一種是慢充，也就是交流充電，充電過(guò)程需6小時(shí)至8小時(shí)。如果在低溫環(huán)境下充電的話，時(shí)間可能還會(huì)變長(zhǎng)。而相比之下，普通燃油車加油只需要短短幾分鐘。因此，如何實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車的“快充”，增加電池續(xù)航里程，是電動(dòng)汽車發(fā)展亟需突破的技術(shù)瓶頸。

電極材料是決定電池性能的關(guān)鍵因素之一。如果想提高電池充電速度，就需要一款電化學(xué)反應(yīng)速度很快的材料，其中，一個(gè)非常重要的判斷標(biāo)準(zhǔn)就是電極材料傳導(dǎo)電子和離子的能力是否足夠強(qiáng)。據(jù)論文第一作者金洪昌博士介紹，能量通過(guò)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?！拔覀兿Ｍl(fā)現(xiàn)一款既能在綜合性能指標(biāo)方面給行業(yè)以期待，又能適應(yīng)工業(yè)化電池生產(chǎn)流程的電極材料?！奔竞阈潜硎尽?o:p>

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(guò)磷碳共價(jià)鍵連接，在穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的同時(shí)提升了材料內(nèi)部對(duì)鋰離子的傳導(dǎo)能力。但同時(shí)，電極材料在工作過(guò)程中會(huì)被電解液逐漸分解的化學(xué)物質(zhì)所包裹，部分物質(zhì)會(huì)阻礙鋰離子進(jìn)入電極材料。于是，研究團(tuán)隊(duì)又用輕薄的聚合物凝膠做成防塵外衣“穿”在復(fù)合材料表面，使鋰離子可以順利進(jìn)入。

“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?！闭撐墓餐谝蛔髡?、中科院化學(xué)研究所研究員辛森介紹，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)每千克350瓦時(shí)且具備快充能力的鋰電池。具備這一能量密度的鋰電池，可使電動(dòng)汽車的行駛里程達(dá)到近1000千米。

“深入認(rèn)識(shí)電極材料的微觀結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程等科學(xué)問(wèn)題，掌握以界面工程為例的化學(xué)手段，了解產(chǎn)業(yè)界對(duì)核心材料的性能需求，是實(shí)現(xiàn)電池技術(shù)突破、推進(jìn)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的必備條件?！奔竞阈潜硎?，在現(xiàn)有新技術(shù)的基礎(chǔ)上，他們將在基礎(chǔ)研究和規(guī)模制備方面繼續(xù)探索，努力使研究結(jié)果更加貼近電池產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)實(shí)需求。（記者 陳婉婉）