使用石墨上的磷纳米层减轻快速充电电池的电极级不均匀性

在实现具有可靠循环性能的快速充电锂离子电池 (LIB) 方面迈出了一大步，UNIST 的研究人员取得了突破性的发现。他们的研究发表在著名的 ACS Energy Letters上，引入了一种利用磷纳米层来增强石墨基复合材料的锂化动力学和性能的新策略，同时又不影响安全性。

由UNIST能源与化学工程学院Hyun-Wook Lee教授领导的研究小组利用汽化冷凝方法开发了一种革命性的石墨-磷复合材料。该复合材料由涂有红磷和碳的多孔石墨阴极材料组成，可提高石墨表面的电子和锂离子传导性。

实现具有可靠循环能力的快速充电锂离子电池仍然是一个重大挑战，例如不均匀的锂化可能导致性能下降。然而，新开发的石墨-磷复合电极在整个电极中表现出良好分散的LiC6相体积分数，表明锂化过程是均匀的。

这一突破的显着成就之一是在 1C 下 1000 次循环后始终保持 94.4% 的循环保持率和超过 99.8% 的高库仑效率。这些出色的结果归因于石墨-磷复合电极增强的反应动力学，尽管其容量相对较高。

“石墨基正极材料预计将在未来十年主导锂离子电池市场，”李教授解释道。“我们的研究重点是提高石墨的能量密度和快速充电能力，这是市场的关键因素。” 他补充道：“开发低成本的红磷和碳包覆石墨正极材料将极大地满足电池行业的需求。”

利用沸点低的红磷可以在石墨表面进行均匀的气相沉积。通过仔细控制沉积过程，研究团队成功实现了副反应可控的石墨-磷复合材料，从而提高了快速充电过程中的均匀性和稳定性。

采用实时光学显微镜和图像处理技术来观察和分析所开发的复合材料。结果证实了石墨-磷复合材料在充电过程中颜色分布均匀，表明锂化均匀性得到改善。该复合材料还表现出卓越的稳定性，即使在 1,000 次或更多次循环后，在快速充电过程中也没有观察到树脂相形成。

这项突破性研究为电动汽车、航空和快速充电电池等广泛应用开辟了新的可能性。石墨-磷复合材料的成本效益和卓越性能使其成为克服快速充电锂离子电池相关挑战的有前途的解决方案。

这项研究是在 UNIST 2023 年研究基金和韩国国家研究基金会 (NRF) 的个人基础科学与工程研究计划的支持下完成的，并由科学和信息通信技术部 (MSIT) 资助。

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