中国科技大学在锂电池新型电极材料的研究上取得了重大突破

2020-10-24 20:48:59  来源:南方生活网
  

新华社合肥10月9日电(记者刘俊)记者9日从中国科技大学获悉,学校的研究组和合作伙伴在锂离子电池电极材料的研究上取得了重大突破:新设计的黑磷复合材料使锂离子电池具有高容量、快速充电、寿命长的性能成为可能。研究结果已于北京时间10月9日发表在科学杂志上。

据了解,电动汽车在市场上越来越受欢迎,但充电时间长也令人望而却步。传统燃料汽车只需5分钟就能将续航里程提高500公里,而市场上最先进的电动汽车现在需要坐下来等一小时充电一小时,才能达到同样的续航效果。开发具有快速充电能力的大容量锂离子电池一直是该行业的一个重要目标。

电极材料是决定电池性能指标的关键因素之一。我们希望找到一种既能满足业界对综合性能指标的期望,又能适应工业电池生产过程的电极材料。

论文的主要作者金鸿昌博士说:能量通过锂离子和电极材料之间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,电极材料单位质量或体积中的锂离子含量也是一个重要因素。

据报道,黑磷是白磷的异构体,其特殊的层状结构赋予其较强的离子传导能力和较高的理论容量,是一种潜在的满足快速充电要求的电极材料,但黑磷易从层状结构的边缘破坏结构,其性能远远低于理论预期。济兴小组采用界面工程策略,通过碳-磷共价键连接黑磷和石墨,不仅稳定了材料结构,而且提高了黑磷-石墨复合材料对锂离子的电导率。

然而,电极材料将被化学物质包裹,在工作过程中逐渐分解电解质,一些物质会阻止锂离子进入电极材料,就像玻璃表面的灰尘阻碍了光线的渗透一样。研究小组在黑色磷石墨复合材料的表面上穿了一件由薄聚合物凝胶制成的防尘涂层,让锂离子顺利进入。

我们使用传统的工艺路线和技术参数将黑磷复合材料制成电极。实验室测量表明,该电极可在9分钟内恢复约80%的电力,并在2000年循环后保持90%的容量。如果能实现这种材料的大规模生产,就可以找到匹配的阴极材料和其他辅助材料,并对核心结构、热管理和锂逸出保护进行优化设计,以获得能量密度高达350瓦/千克、充电能力快的锂离子电池,中科院化学研究所的共同作者和研究员辛森说。

据报道,能量密度为350w/kg的锂离子电池可使电动汽车的里程接近1000公里,而特斯拉车型充满电能时的里程为650公里。快速充电的能力将使电动汽车的用户体验提高到一个更高的水平。

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