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磷基锂离子电池电极材料进展

2021-07-22刘子璇邓怡佳史晓雨楚意月董青松郝召民

化学研究 2021年3期

刘子璇,邓怡佳,史晓雨,楚意月,董青松,郝召民

(河南大学 化学化工学院, 河南 开封 475004)

近几十年来,由于移动电话、手提电脑、电动车辆的迅速发展,越来越多的研究者着眼于探索能满足能量存储的设备。锂离子电池(LIBs)由于其高功率密度和长循环寿命而受到了众多的关注[1],在各个领域都得到了广泛应用。为满足日益增长的社会需求,研究出容量高、循环稳定性好的锂离子电池迫在眉睫。而选择使用高效的电极材料是提高锂电池性能的关键环节,具有重要的意义。

综合考虑,在常见的高容量锂离子电池的电极材料中,磷基材料最具发展前景。磷基资源丰富,价格低廉,拥有更高的性价比,而且对环境友好、污染小。同时,ZHOU课题组[2]研究发现,虽然LIB中磷的平均电势较高(≈0.8 V vs Li/Li+),但其大的理论比容量(2 590 mAh·g-1)可以弥补这一缺陷。与元素Si相比,P与Li形成的金属间化物Li3P的实际比容量更具有优势。而且较之同主族元素Sb,磷显示出更大的理论储锂量。但磷基材料作为锂离子电池电极材料时的导电性差,在嵌脱锂过程中有较大的体积膨胀,导致其电化学动力学性能不理想,降低了其循环稳定性。此外,与同主族元素相比磷基锂离子电池导电性能比较低,不能满足高输出能量的要求。但是纳米结构材料具有能够适应充电/放电过程中的粒子的体积变化,比表面积较高,可以缩短粒子在锂电池中的迁移路径等动力学优势,使电极材料的电化学活性提高,放电比容量得到改善,循环性能相应增强。……

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