Small:液相注磷新策略实现多孔碳对磷的可靠限域

红磷具有高达2596 mAh/g的理论容量(约为石墨理论容量的7倍)且成本低廉,是极具商业潜力的锂电池负极材料。然而,红磷低的导电性(10-12 S/m)和脱/嵌锂过程中巨大的体积变化(>300%),导致电池的倍率性能和循环稳定性严重不足,大大限制了其大规模的商业化应用。将红磷与高导性的碳材料结合构建磷@碳复合材料是有效的对策之一,但目前常用的球磨法和气相注磷法所制备的碳磷复合材料,仍不可避免地在碳材料表面存在难以除去的结晶红磷等,严重影响了电池的首效和循环稳定性。

鉴于此,温州大学王舜教授课题组和伊尔梅瑙工业大学雷勇教授课题组合作开发了一种新型限域红磷的可靠策略,以杜绝可能存在的外部红磷,实现真正的“笼养鸟”。在前期的研究中,他们利用亲核试剂乙醇钠化学刻蚀红磷,形成多磷离子(PnZ-),然后通过毛细作用把多磷离子封装于多壁碳纳米管中,构建了外部清洁的磷@碳复合材料,实现了Li-P电池首效、倍率性能以及循环稳定性的有效提升(Nano Energy, 2019, 58, 23)。为进一步提升电池比能量,近期他们以富含微孔和介孔的高表面积ZIF-8衍生碳(ZIF-8-C)为宿体,运用中温液相注磷法,成功地创建了富磷的ZIF-8-C复合材料,实现了储锂性能的大幅提升。液相注磷法可望发展成为一种环境友好的安全可控制备低成本、长寿命、高性能碱金属-磷电池负极材料的普适新策略。

研究结果以“Mild-temperature solution-assisted encapsulation of phosphorus into ZIF-8 derived porous carbon as lithium-ion battery anode”为题,发表在Small(DOI:10.1002/smll.201907141)上。温州大学王舜教授、伊尔梅瑙工业大学雷勇教授为论文共同通讯作者,颜成展(温州大学硕士生)为论文第一作者。