傳統(tǒng)鋰離子電池都采用石墨類負(fù)極材料，在負(fù)極性能相似的情況下，鋰離子電池的性能很大程度上取決于正極材料。

研究表明：通過在鋰電池正負(fù)極材料中添加石墨烯，一是作為導(dǎo)電劑，二是作為負(fù)極電極嵌鋰材料，在降低電池內(nèi)阻的同時(shí)，可以達(dá)到實(shí)現(xiàn)高倍率快充快放和大幅提高電池循環(huán)壽命以及提升電池耐受高低溫的性能的作用。

近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)王殿龍教授在石墨烯量子電池領(lǐng)域取得重大突破。通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，他們發(fā)現(xiàn)自主研發(fā)的納米石墨烯/LiFePO4電池在水溶液中具有超快充放電速度，在200C（3600/200=18秒）充放電倍率下，容量可保持理論容量的92%。這一倍率性能超過2009年MITCeder教授在Nature上報(bào)道的最快充放電速度（150C下容量保持56%），同時(shí)也發(fā)現(xiàn)比同等條件下有機(jī)電解液的充放電速度快約10倍。

通過電化學(xué)實(shí)驗(yàn)和模擬及量子化學(xué)第一性原理計(jì)算，發(fā)現(xiàn)納米石墨烯/LiFePO4超充放電的機(jī)理，關(guān)鍵是LiFePO4納米顆粒與不同電解液接觸形成的新的固液界面結(jié)構(gòu)，該固液界面的結(jié)構(gòu)成為鋰離子脫嵌過程及鋰離子輸運(yùn)速度的決速步。

石墨烯/LiFePO4與水溶液電解質(zhì)接觸后，表面化學(xué)吸附鍵合水分子的氧原子彌補(bǔ)了表面的對(duì)稱性破缺，形成了與體相對(duì)稱性一樣的結(jié)構(gòu)，同時(shí)又形成了一層水合界面。這層界面不僅有類似于體相的結(jié)構(gòu)，同時(shí)也具有溶液中鋰離子的水合結(jié)構(gòu)，這將降低鋰離子在界面處的脫嵌能壘，有利于鋰離子溶劑化和去溶劑化過程。

此項(xiàng)研究將為今后進(jìn)一步提高納米量子電容電池倍率性能提供新的方法和視角，即通過調(diào)控正極材料的界面性質(zhì)提高電容電池的倍率性能。