科研人員研發出基於陰離子雜化策略的新型電池

近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳（第一單位通訊）聯合香港城市大學教授李振聲（共同通訊）成功研發出了一種基於陰離子雜化策略新型電池。相關研究成果《一種基於陰離子雜化策略的具有快速擴散動力學的三離子電池，顯著提高電池倍率和循環性能》（Hybridizing Anions towards Fast Diffusion Kinetics for Tri-Ion Batteries with Significantly Improved Rate Capability and Cycling Life）已在線發表於材料期刊Journal of Materials Chemistry A（J. Mater. Chem. A, 2019, DOI: 10.1039/C9TA03104A, Hot Paper）上。

雙離子電池由於具有高工作電壓、低成本、環保易回收等優勢，使其在儲能等領域具有良好的應用前景，近年來成為國內外科學家研究的熱點。雙離子電池一般採用石墨類正極材料，充放電時進行陰離子的可逆嵌入/脫嵌反應。然而，目前研究報道的陰離子多為離子半徑較大的陰離，如PF6-、TFSI-等，這些離子的擴散動力學緩慢，從而導致雙離子電池的倍率性能有待改進。

為了提高陰離子插層的動力學和穩定性，唐永炳及其團隊成員申京受、張帆、歐學武等人首次提出了一種陰離子雜化策略，並成功構建了基於Li /PF6-/BF4-的多離子電池。電化學測試及理論計算研究表明，通過雜化適量具有離子半徑較小的BF4-陰離子，能顯著降低擴散能壘，並提升擴散動力學，從而大幅提高了該電池的倍率和循環性能。該電池在15C（4分鐘充電）的高電流密度下，容量保持率達到92.5%；在5C的電流密度下循環500次後容量幾乎無衰減。該陰離子雜化策略為發展高效低成本儲能器件提供了新思路。

該項研究得到國家自然科學基金優秀青年基金、廣東省科技計劃項目、深圳市科技計劃項目等的資助。

圖(a) 基於Li /PF6-/BF4-的多離子電池的結構及工作機理圖；(b) 多離子雜化設計與未雜化的電池倍率性能對比；(c) 多離子雜化設計與未雜化的電池循環性能對比；(d)理論計算多離子雜化設計對降低離子擴散能壘的效果。

來源：中國科學院深圳先進技術研究院

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