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北大发现新型单双层二维材料 可在锂电池中应用

导读: 自石墨烯发现以来,单层与几层二维材料成为科学研究和产业应用的持续热点。近日,北京大学深圳研究生院新材料学院发现了一种全新只有单层/双层Fe3(PO4)2·8H2O二维材料,并实现了这种二维材料单双层的可控制备。

  自石墨烯发现以来,单层与几层二维材料成为科学研究和产业应用的持续热点。1997年,Goodenough教授首次发现LiFePO4(磷酸铁锂)材料在锂电池中有优异的性能,这种材料具有结构稳定、循环可逆性好、安全性能好、环境友好(无毒)等优点,已应用在电动汽车动力电池领域,例如比亚迪电动车的所谓“铁电池”用的正极材料就是LiFePO4。

  近日,在潘锋教授的指导下,北京大学深圳研究生院新材料学院2014级直博生刘同超和博士后冯炎聪等人与团队老师和同学合作,在学院前期研究基础上开展了对LiFePO4新型方法的研究。在合成新型LiFePO4的过程中,他们意外发现了一种全新只有单层/双层Fe3(PO4)2·8H2O二维材料,并实现了这种二维材料单双层的可控制备。通过实验和理论计算,他们全面揭示了单层/双层Fe3(PO4)2·8H2O二维材料的形成机理,即在H2O/乙二醇/晶体界面为模板的可控外延生长。

北大发现新型单双层二维材料 可在锂电池中应用

单层双层Fe3(PO4)2·8H2O在H2O乙二醇晶体界面为模板的可控外延生长二维材料的形成机理

  这种新型二维材料与碳黑球磨后做正极材料展现出优异的电池性能——0.1C容量可以达到185mAh/g,在10C下循环400次容量仍能保持98%以上,以及20C大倍率充放电时仍有107mAh/g的容量。更有趣的是,在这种二维材料的充放电中,出现了5-10nm的LiFePO4纳米晶晶体。该研究成果以“Formation of mono/bi-layer iron phosphate and nucleation of LiFePO4 nano-crystals from amorphous 2D sheets in charge/discharge process for cathode in high-performance Li-ion batteries”为题发表在最近一期的国际新能源材料顶级杂志Nano Energy上(doi:10.1016/j.nanoen.2015.10.016,SCI影响因子10.3)。

  该工作的合作者还包括学院兼职教授,如林原教授、美国伯克利国家实验室的Wangli Yang教授、美国阿贡实验室的Khalil Amine教授等。该项工作得到了国家电动汽车动力电池重大专项,广东省引进科技创新团队项目、深圳孔雀计划及深圳市科技创新基础项目等基金的支持。

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