在新的锂离子电池电极材料研究中，中国科大校季星教授研究组和合作者在这方面取得了重大突破：一种全新设计的黑磷复合材料使高容量、快速充电和长寿命锂离子电池成为可能。研究结果发表在北京时间10月9日的《Science》上。

　　大家都知道，电动车越来越受市场青睐，但长时间充电也让人望而却步。常规燃料车的满油率提升500公里只需5分钟，而目前市场上最先进的电动车则需要一个小时的“等待”充电，才能达到同样的满油率。开发高容量、快速充电的锂离子电池一直是业界的重要目标。

　　电池的电极材料是决定电池性能的一个重要因素。”在综合性能指标上，我们希望能找到一种在工业电池生产过程中，既能给业界带来预期，又能适应工业化生产流程的电极材料。季星星教授说。

　　金洪昌博士指出：“锂离子与电极材料的化学反应能使能量流入和流出电池，所以电极材料对锂离子的传导能力是决定充电速度的关键；另一方面，单位质量或体积的电极材料能容纳多少锂离子也是一个重要因素。”

　　研究表明，黑磷是白磷的同素异形体，由于其特殊的层状结构，具有很强的离子导电性和较高的理论容量，是一种很有潜力的电极材料，可以满足快充要求。但是，黑磷易由层状结构边缘开始发生结构破坏，且实验结果远远低于理论预测。季星队采用“界面工程”的策略，通过磷碳共价键将黑磷和石墨连接起来，在稳定材料结构的同时，提高了黑磷石墨复合材料内部的锂离子传导能力。

　　但是电极材料在工作时会被一种电解液逐渐分解的化学物质所包裹，其中一部分会阻止锂离子进入电极材料，就像玻璃表面的尘埃会阻止光线穿透一样。该小组将轻质聚合物凝胶制成防尘外衣，“穿”于黑磷石墨复合材料表面，使得锂离子进入顺畅。

　　利用常规工艺路线和技术参数，将黑磷复合材料制成电极材料。实验结果显示，在9分钟的充电时间内，电极片能恢复80%的电量，2000次循环后仍能保持90%的容量。中国科学院化学研究所的一位研究员、第一作者辛森介绍说，“如果能实现这种材料的大规模生产，找到匹配的正极材料和其它辅助材料，并对电芯结构、热管理和析锂保护等进行优化设计，就有希望得到一种能量密度达到350瓦特/公斤、具有快速充电能力的锂离子电池。”

　　据报道，具有350瓦时/千克能量密度的锂离子电池可以使电动车行驶里程接近1000千米，而特斯拉ModelS完全充电后可以达到650千米。而且充电速度快，会让电动车的用户体验更上一层楼。