近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)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(lián)合香港城市大學(xué)教授李振聲（共同通訊）成功研發(fā)出了一種基于陰離子雜化策略新型電池。相關(guān)研究成果《一種基于陰離子雜化策略的具有快速擴(kuò)散動力學(xué)的三離子電池，顯著提高電池倍率和循環(huán)性能》（HybridizingAnionstowardsFastDiffusionKineticsforTri-IonBatterieswithSignificantlyImprovedRateCapabilityandCyclingLife）已在線發(fā)表于材料期刊JournalofMaterialsChemistryA（J.Mater.Chem.A,2019,DOI:10.1039/C9TA03104A,HotPaper）上。

雙離子電池由于具有高工作電壓、低成本、環(huán)保易回收等優(yōu)勢，使其在儲能等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景，近年來成為國內(nèi)外科學(xué)家研究的熱點。雙離子電池一般采用石墨類正極材料，充放電時進(jìn)行陰離子的可逆嵌入/脫嵌反應(yīng)。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(kuò)散動力學(xué)緩慢，從而導(dǎo)致雙離子電池的倍率性能有待改進(jìn)。

為了提高陰離子插層的動力學(xué)和穩(wěn)定性，唐永炳及其團(tuán)隊成員申京受、張帆、歐學(xué)武等人首次提出了一種陰離子雜化策略，并成功構(gòu)建了基于Li+/PF6-/BF4-的多離子電池。電化學(xué)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(kuò)散能壘，并提升擴(kuò)散動力學(xué)，從而大幅提高了該電池的倍率和循環(huán)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(dá)到92.5%；在5C的電流密度下循環(huán)500次后容量幾乎無衰減。該陰離子雜化策略為發(fā)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(xué)基金優(yōu)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)基于Li+/PF6-/BF4-的多離子電池的結(jié)構(gòu)及工作機(jī)理圖；(b)多離子雜化設(shè)計與未雜化的電池倍率性能對比；(c)多離子雜化設(shè)計與未雜化的電池循環(huán)性能對比；(d)理論計算多離子雜化設(shè)計對降低離子擴(kuò)散能壘的效果。