取代石墨负极材料，我国黑磷快充电池关键技术取得重要突破

4月23日消息，据中国科学院电工研究所今天透露，随着新能源汽车和大规模储能系统对超快充、高容量电池的需求不断增长，传统石墨负极材料的电池性能已经接近其理论极限。黑磷作为负极材料拥有极高的储锂容量，但由于导电性差、反应动力学缓慢以及充放电过程中体积膨胀严重等固有缺陷，导致电池的快充性能会迅速下降。

近期，该研究所的马衍伟团队成功攻克了这一技术难关，创新地提出了晶格磷-氮键工程化策略，实现了黑磷负极材料在超高倍率条件下的稳定充放电，这对推动基于黑磷的快充电池的实际应用具有重大意义。

▲ 磷-氮-磷结构快速反应动力学特性

研究团队从原子层面出发，在黑磷负极的晶格中精准构建了磷-氮键，利用其对相邻磷-磷键共价性的削弱作用，在锂化过程中诱导局部键断裂并活化磷-磷键，从而加速电荷传输，显著提高了转化反应的动力学性能。基于这一突破，团队成功制备了以黑磷为负极、磷酸铁锂为正极的软包电池，其能量密度达到282瓦时每千克。这种电池在高倍率充电条件下，仅需10分钟就能充入理论容量的80%，并且在经过数千次充放电循环后仍能稳定运行，表现出优异的快充循环耐久性。

▲ 黑磷电极在不同放电状态下锂离子浓度分布优越性

这一成果为下一代高能量密度、高功率储能装置开辟了全新的技术路径，为我国快充动力电池、电网储能以及特种高倍率储能设备的升级换代提供了关键支持，对推动新能源汽车和储能技术的跨越式发展、提升我国在先进储能领域的国际竞争力具有重要的战略意义。

这项研究工作与澳大利亚皇家墨尔本理工大学合作完成，相关成果已于4月21日发表在《自然·通讯》上。研究得到了国家自然科学基金、北京市自然科学基金和澳大利亚研究理事会的资助。

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来源：IT之家