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第一作者：Xinpeng Han

通訊作者：孫潔，李泓

通訊單位：天津大學(xué)，中國(guó)科學(xué)院物理研究所

論文速覽

快充電池備受追捧。然而，當(dāng)前電池行業(yè)普遍使用碳作為負(fù)極材料，這在高電流密度下容易形成枝晶，導(dǎo)致循環(huán)后性能下降并存在安全隱患。磷(P)基負(fù)極因其安全的鋰化潛力、低離子擴(kuò)散能量障礙和高理論儲(chǔ)能容量而被視為石墨的理想替代品。

自2019年以來(lái)，快充磷基負(fù)極實(shí)現(xiàn)了極端快速充電(XFC)的目標(biāo)，即在10分鐘內(nèi)充電可實(shí)現(xiàn)超過(guò)80%的容量保持率。使用磷基負(fù)極的可充電電池技術(shù)，結(jié)合高容量轉(zhuǎn)化型正極或高電壓插入型正極，因此受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。

盡管如此，高性能和快充磷基電池配置的范圍仍然相當(dāng)有限。本文首先系統(tǒng)地審視了快充磷基負(fù)極面臨的四大挑戰(zhàn)，包括循環(huán)過(guò)程中的體積變化、電極界面不穩(wěn)定性、多磷化物的溶解以及長(zhǎng)期的P/電解液副反應(yīng)。

接著，本文總結(jié)了一系列策略，這些策略有潛力規(guī)避這些挑戰(zhàn)，并合理控制磷負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。還考慮了粘結(jié)劑和電極結(jié)構(gòu)。還提出了其他剩余問(wèn)題及相應(yīng)的改進(jìn)和理解快充磷負(fù)極的策略。

最后，研究者回顧并討論了基于磷負(fù)極的現(xiàn)有全電池配置，并根據(jù)電池近期發(fā)展的軌跡，預(yù)測(cè)了回收使用過(guò)的磷基全電池的潛在可行性。希望這篇綜述能為磷科學(xué)和工程提供一個(gè)新的視角，以實(shí)現(xiàn)快速充電的能量存儲(chǔ)設(shè)備。

圖文導(dǎo)讀

圖1：中國(guó)預(yù)測(cè)的總電力消耗和電動(dòng)汽車(chē)電力消耗的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖2：基于磷的負(fù)極系統(tǒng)的最大功率密度。

圖3：匯總了文獻(xiàn)研究中關(guān)于充電獲得的比能量與充電時(shí)間的關(guān)系，以及在特定充電條件下的循環(huán)壽命。

圖4：各種負(fù)極（石墨、硅和磷）在LIBs中的出版物數(shù)量和磷負(fù)極在已發(fā)布文獻(xiàn)/專(zhuān)利中的比例。

圖5：不同負(fù)極材料的鋰離子擴(kuò)散障礙。展示了不同負(fù)極和正極的理論重量能量密度和體積能量密度。

圖6：不同負(fù)極（石墨、硅和磷）在LIBs中的出版物數(shù)量。

總結(jié)展望

快充技術(shù)是電動(dòng)汽車(chē)普及的關(guān)鍵，而磷基負(fù)極因其高理論容量和快速的離子擴(kuò)散速率顯示出巨大的潛力。盡管存在諸如體積變化大、電子導(dǎo)電性低、電解液界面不穩(wěn)定等挑戰(zhàn)，通過(guò)創(chuàng)新的材料設(shè)計(jì)和工程策略，如空間限制、界面加強(qiáng)、物理障礙和化學(xué)吸附以及溶劑化鞘的調(diào)控，可以有效提高磷基負(fù)極的性能。

此外，粘結(jié)劑和電極結(jié)構(gòu)的優(yōu)化也是提升快速充電性能的重要方向。未來(lái)的研究需要進(jìn)一步探索和解決磷基負(fù)極的電化學(xué)機(jī)制，以及開(kāi)發(fā)更安全、更高效的電解液系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)快速充電電池的商業(yè)化和可持續(xù)發(fā)展。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Fast-Charging Phosphorus-Based Anodes: Promises, Challenges, and Pathways for Improvement

期刊：Chemical Reviews

DOI：10.1021/acs.chemrev.3c00646

原創(chuàng)文章，作者：wang，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/05/28/d2b976be5c/

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