針對這一問題,最近美國賓夕法尼亞州立大(ThePennsylvaniaStateUniversity)王東海教授領(lǐng)導(dǎo)的,以于昭新、宋江選為主的科研梯隊發(fā)明了一種新型鋰離子電池負(fù)極材料:'紅磷-石墨烯'納米復(fù)合材料。該種材料是由紅磷和石墨經(jīng)球磨制備得到。紅磷化學(xué)穩(wěn)定性高,廉價易得,而且環(huán)境友好。其作為鋰離子電池負(fù)極材料的理論容量可達(dá)2600mAh/g,7倍于商用石墨電極。石墨/石墨烯因其極高的電子電導(dǎo)率被引入到該體系中以提升納米復(fù)合材料整體的電子電導(dǎo)率。在高速球磨過程中,微米級的紅磷顆粒被打碎至納米級。石墨在球磨過程中剝離為大比表面積的石墨烯。經(jīng)過長時間機(jī)械力作用,石墨烯相互搭接形成一個緊密結(jié)合的三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò),而納米級紅磷顆粒均勻分散在該網(wǎng)絡(luò)中。紅外光譜(InfraredSpectroscopy)測試顯示,紅磷和石墨烯以'磷-氧-碳(P-O-C)'的化學(xué)鍵形式結(jié)合在一起,這又為該材料出眾的電池性能提供了保證。在室溫下,該納米復(fù)合材料的放電容量可達(dá)1400mAh/g,4倍于現(xiàn)行商用化鋰離子電池負(fù)極材料?石墨。經(jīng)過300周的循環(huán),放電容量仍然能保持在60%以上。高溫環(huán)境(60°C)對于現(xiàn)行商用鋰離子電池仍是很大的挑戰(zhàn)。而該種材料,在60°C下,放電容量可進(jìn)一步提升至1650mAh/g。經(jīng)過200周循環(huán),放電容量保持率可在70%以上。
高容量,長壽命,價格低廉的原材料,適宜工業(yè)化生產(chǎn)的合成方法,這些因素都促使新型'紅磷-石墨烯'納米復(fù)合材料成為下一代鋰離子電池負(fù)極材料的選擇。
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