华中科技大新研究再次突破锂离子电池瓶颈

近年来，工程师和材料科学家一直在尝试创造越来越先进的电池技术，这些技术充电速度更快，使用寿命更长，并且可以存储更多能量。这些电池最终将在电子和能源行业的发展中发挥至关重要的作用，为市场上各种便携式设备以及电动汽车提供动力。

锂离子电池 （LiB） 是目前全球最广泛使用的电池，为我们日常使用的大多数电子产品提供动力。因此，确定可扩展的方法来提高这些电池的充电速度是能源领域的主要目标之一，因为它不需要改用全新的电池成分。

中国华中科技大学的研究人员最近提出了一种开发含有石墨基材料的快速充电锂电池的新策略。他们提出的电池设计在《自然能源》杂志上发表的一篇论文中概述，被发现可以成功地加快锂电池的充电时间，同时也使它们即使在充电数千次后也能保留大部分容量。

研究揭示，Li3P对Li+具有高亲和性，能够促进负极界面处Li+的传输动力学。低溶剂配位的 Li +溶剂化结构可以在无机物质的内亥姆霍兹平面附近诱导产生。具体来说，相比之下，Li 3 P 可以通过 SEI实现更低的 Li +去溶剂化势垒和更快的 Li +扩散能力到常规 SEI 组件。

本质上，研究人员进行了一系列测试，以评估各种固体电解质界面（SEI）成分如何影响所谓的Li +溶剂化结构，从而减少电池充电所需的时间。最终，他们确定了一种材料组合，可以提高所谓的 Li +去溶剂化过程的效率，从而使 Li +离子能够快速迁移穿过 SEI。

然后，该团队发现了一种基于称为 PS 石墨的材料的有前途的阳极，该材料由石墨表面顶部的超薄磷层组成。他们制造了这些阳极并将其集成到锂电池中，然后通过实验评估其性能。

基于以上结果，作者利用S对P的“桥接”效应，在石墨表面构筑了超薄的P包覆层，制备出一种蓝色石墨（“蓝”石墨）；电池首次循环时，“蓝”石墨表面原位生成连续的晶态高离子导电性Li3P基SEI；LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（NCM622）||“蓝”石墨软包电池具有极速快充电性能（10分钟和6分钟可分别充满91.2%和80%的电量）以及在快充条件下（6 C）令人满意的循环性能（~1 Ah，2000次循环，容量保持率82.9%）。

作者制作了~3 Ah的电池装配到手机中用于驱动手机，10分钟充电可实现充电至90.3%电量，进一步证明了“蓝”石墨是一种性能优异的快充锂电池负极。考虑到“蓝”石墨具有优异的电化学性能、合成方法简单便捷以及原材料成本低廉等优势，因此其具有潜在的巨大实用价值。

图1. 不同SEI组分界面处Li+溶剂化结构的理论模拟。

图2. “蓝”石墨的制备及表征。

图3.不同石墨（普通石墨、“蓝”石墨）负极SEI的形貌、组分以及动力学性质。

图4. NCM622||“蓝”石墨和NCM622||普通石墨软包电池的电化学性能以及石墨负极在经历快充循环后的结构和形貌表征。

图5. NCM622||“蓝”石墨叠片软包电池的电化学性能。