中國金宝搏入口188在快充型鋰離子電池研究中取得新進展
近日，188bet足球化學與材料科學學院季恒星教授、武曉君教授團隊聯合加州理工洛杉磯分校段鑲鋒教授團隊，在快充型鋰離子電池領域取得突破性進展。研究人員成功突破傳統意義上固/液、固/氣等兩相界面上的電催化模型，實現了一種全新的“固相電催化”，并成功將該策略應用于純固相反應的負極材料中，從而實現了鋰離子電池在達到302 Wh kg-1高能量密度的同時實現9 min充電至80%。相關成果以“Solid-State Electrocatalysis in Heteroatom-Doped Alloy Anode Enables Ultrafast Charge Lithium-Ion Batteries”為題于7月17日發表于J. Am. Chem. Soc.上。
圖1：固相電催化的(de)設計理念和相關軟包電池(chi)性能
以合金化反應來存儲鋰離子的負極材料（如硅、磷等），相對于傳統的石墨負極具有明顯更高的比容量（>2000 mAh g-1）。然而這類負極材(cai)料存儲鋰(li)離子(zi)過程(cheng)(cheng)中遲緩的(de)鋰(li)化(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)應(ying)(ying)動力學(xue)是限制該(gai)材(cai)料體(ti)系快充性能的(de)主要因素。電(dian)化(hua)(hua)(hua)(hua)學(xue)研究(jiu)中常選用電(dian)催化(hua)(hua)(hua)(hua)的(de)策略來提高(gao)反(fan)(fan)應(ying)(ying)動力學(xue)，然而合金(jin)化(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)應(ying)(ying)電(dian)極材(cai)料的(de)鋰(li)化(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)應(ying)(ying)過程(cheng)(cheng)中，反(fan)(fan)應(ying)(ying)物(wu)和(he)生成物(wu)是完全(quan)的(de)固相接觸，反(fan)(fan)應(ying)(ying)物(wu)和(he)生成物(wu)之(zhi)間(jian)不(bu)存在常規電(dian)催化(hua)(hua)(hua)(hua)所需要的(de)兩相界面。因此催化(hua)(hua)(hua)(hua)合金(jin)化(hua)(hua)(hua)(hua)反(fan)(fan)應(ying)(ying)負極材(cai)料和(he)鋰(li)離子(zi)的(de)反(fan)(fan)應(ying)(ying)動力學(xue)目前(qian)仍然是研究(jiu)空(kong)白。
針對以上問題，季恒星教授聯合武曉君和段鑲鋒教授團隊提出異質原子摻雜催化和進化類負極材料的轉化反應速率。結合理論計算和原位X射線吸收譜測試，可以得到以下物理圖像（圖1）：少量的雜原子摻雜（1~5%原子比）能夠為合金型負極材料合金化反應提供高反應活性的位點，促進固有化學鍵的斷裂，使得負極材料在摻雜位點負極持續斷鍵分裂成更多更小的結構單元，為進一步的反應提高更多的反應位點，從而降低反應阻抗，提高反應動力學。將合成的硫摻雜磷負極（S/bP）和商用的鈷酸鋰（LCO）正極配對組裝的軟包電池，成功實現了302 Wh kg-1的能量密度，9 min充(chong)電至80%的容量，并(bing)且該快充(chong)性能能夠穩定循環超過300圈(quan)，
188bet足球周恩(en)（博士）、金洪昌（副教授）為論文共同第一作(zuo)者。該研(yan)究是季恒星教授團隊在高(gao)(gao)功率、高(gao)(gao)能量(liang)鋰離子電(dian)池領域的最新(xin)成果，對快充型(xing)(xing)電(dian)池產業化(hua)和新(xin)型(xing)(xing)電(dian)催化(hua)反應(ying)的基礎研(yan)究具有推動作(zuo)用。該工作(zuo)受到國家自(zi)然科(ke)學基金委、國家科(ke)技(ji)部(bu)、中(zhong)國科(ke)學院戰略型(xing)(xing)先(xian)導科(ke)技(ji)專項基金、中(zhong)央(yang)高(gao)(gao)校基礎科(ke)研(yan)基金的支持。
附文章鏈接：//pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c03680
（化學(xue)與材料(liao)科學(xue)學(xue)院、合肥(fei)微尺度物質科學(xue)國家研究中心、科研部）
