近年來(lái)，工程師和材料科學(xué)家一直在嘗試創(chuàng)造越來(lái)越先進(jìn)的電池技術(shù)，這些技術(shù)充電速度更快，使用壽命更長(zhǎng)，并且可以存儲(chǔ)更多能量。這些電池最終將在電子和能源行業(yè)的發(fā)展中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，為市場(chǎng)上各種便攜式設(shè)備以及電動(dòng)汽車提供動(dòng)力。

鋰離子電池 （LiB） 是目前全球最廣泛使用的電池，為我們?nèi)粘Ｊ褂玫拇蠖鄶?shù)電子產(chǎn)品提供動(dòng)力。因此，確定可擴(kuò)展的方法來(lái)提高這些電池的充電速度是能源領(lǐng)域的主要目標(biāo)之一，因?yàn)樗恍枰挠萌碌碾姵爻煞帧?/p>

中國(guó)華中科技大學(xué)的研究人員最近提出了一種開發(fā)含有石墨基材料的快速充電鋰電池的新策略。他們提出的電池設(shè)計(jì)在《自然能源》雜志上發(fā)表的一篇論文中概述，被發(fā)現(xiàn)可以成功地加快鋰電池的充電時(shí)間，同時(shí)也使它們即使在充電數(shù)千次后也能保留大部分容量。

研究揭示，Li3P對(duì)Li+具有高親和性，能夠促進(jìn)負(fù)極界面處Li+的傳輸動(dòng)力學(xué)。低溶劑配位的 Li +溶劑化結(jié)構(gòu)可以在無(wú)機(jī)物質(zhì)的內(nèi)亥姆霍茲平面附近誘導(dǎo)產(chǎn)生。具體來(lái)說(shuō)，相比之下，Li 3 P 可以通過(guò) SEI實(shí)現(xiàn)更低的 Li +去溶劑化勢(shì)壘和更快的 Li +擴(kuò)散能力到常規(guī) SEI 組件。

本質(zhì)上，研究人員進(jìn)行了一系列測(cè)試，以評(píng)估各種固體電解質(zhì)界面（SEI）成分如何影響所謂的Li +溶劑化結(jié)構(gòu)，從而減少電池充電所需的時(shí)間。最終，他們確定了一種材料組合，可以提高所謂的 Li +去溶劑化過(guò)程的效率，從而使 Li +離子能夠快速遷移穿過(guò) SEI。

然后，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種基于稱為 PS 石墨的材料的有前途的陽(yáng)極，該材料由石墨表面頂部的超薄磷層組成。他們制造了這些陽(yáng)極并將其集成到鋰電池中，然后通過(guò)實(shí)驗(yàn)評(píng)估其性能。

基于以上結(jié)果，作者利用S對(duì)P的“橋接”效應(yīng)，在石墨表面構(gòu)筑了超薄的P包覆層，制備出一種藍(lán)色石墨（“藍(lán)”石墨）；電池首次循環(huán)時(shí)，“藍(lán)”石墨表面原位生成連續(xù)的晶態(tài)高離子導(dǎo)電性Li3P基SEI；LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2（NCM622）||“藍(lán)”石墨軟包電池具有極速快充電性能（10分鐘和6分鐘可分別充滿91.2%和80%的電量）以及在快充條件下（6 C）令人滿意的循環(huán)性能（~1 Ah，2000次循環(huán)，容量保持率82.9%）。

作者制作了~3 Ah的電池裝配到手機(jī)中用于驅(qū)動(dòng)手機(jī)，10分鐘充電可實(shí)現(xiàn)充電至90.3%電量，進(jìn)一步證明了“藍(lán)”石墨是一種性能優(yōu)異的快充鋰電池負(fù)極?？紤]到“藍(lán)”石墨具有優(yōu)異的電化學(xué)性能、合成方法簡(jiǎn)單便捷以及原材料成本低廉等優(yōu)勢(shì)，因此其具有潛在的巨大實(shí)用價(jià)值。

圖1. 不同SEI組分界面處Li+溶劑化結(jié)構(gòu)的理論模擬。

圖2. “藍(lán)”石墨的制備及表征。

圖3.不同石墨（普通石墨、“藍(lán)”石墨）負(fù)極SEI的形貌、組分以及動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。

圖4. NCM622||“藍(lán)”石墨和NCM622||普通石墨軟包電池的電化學(xué)性能以及石墨負(fù)極在經(jīng)歷快充循環(huán)后的結(jié)構(gòu)和形貌表征。

圖5. NCM622||“藍(lán)”石墨疊片軟包電池的電化學(xué)性能。