中國科學技術大學採用新策略使鋰離子電池實現超級快充

中國科學技術大學教授季恆星、武曉君團隊聯合美國加利福尼亞大學洛杉磯分校教授段鑲鋒團隊，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”，併成功將該策略應用在純固相反應的負極材料中，使鋰離子電池在達到302瓦時每千克高能量密度的同時，實現9分鐘充電至80%。相關研究成果日前發表於《美國化學會志》。

以合金化反應存儲鋰離子的負極材料，如硅、磷等，相較傳統的石墨負極，具有明顯更高的比容量。然而，這類負極材料在存儲鋰離子的過程中，遲緩的鋰化反應動力學限制了該材料體系快充性能。在電化學研究中，研究人員常選用電催化策略提高反應動力學，但是合金化反應電極材料的鋰化反應過程，反應物和生成物是完全的固相接觸，二者之間不存在常規電催化所需的兩相界面。因此催化合金化反應負極材料和鋰離子的反應動力學目前仍然是研究空白。

針對以上問題，研究團隊提出了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，研究團隊得到了以下物理圖像：少量的雜原子摻雜能夠爲合金型負極材料合金化反應提供高反應活性位點，促進固有化學鍵斷裂，使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，爲進一步反應提供更多反應位點，從而降低反應阻抗，提高反應動力學。

合成的硫摻雜磷負極和商用的鈷酸鋰正極配對組裝的軟包電池，成功實現了302瓦時每千克的能量密度、9分鐘充電至80%的容量，並且該電池的快充性能能夠穩定循環超過300圈。

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