新材料学院(中文)
 您现在的位置: 首页 > 科学研究 > 材料前沿 > 正文
科学研究
材料前沿
北大新材料学院发现新型单双层二维材料及在锂电池中应用
浏览次数:


      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。LiFePO4(磷酸铁锂)材料是1997年Goodenough教授首次发现在锂电池中有优异的性能, 它具有结构稳定、循环可逆性好、安全性能好、环境友好(无毒)等优点, 已经应用在电动汽车动力电池领域,例如比亚迪电动车用的所谓“铁电池”用的电池正极材料就是LiFePO4
      近日,北京大学深圳研究生院新材料学院在潘锋教授的指导下,2014级直博生刘同超和博士后冯炎聪等人与团队的老师和同学合作,在学院前期研究基础上开展对LiFePO4新型方法的研究,在新型合成LiFePO4的过程中,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,他们全面的揭示了单层/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。
     

 
图1 单层/双层Fe 3(PO 4) 2·8H 2O在H 2O/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,发现了5-10nm的LiFePO4纳米晶晶体。该研究成果发表在最近一期的国际新能源材料顶级杂志 Nano Energy ( doi:10.1016/j.nanoen.2015.10.016,SCI影响因子10.3)上。
      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。


文章下载:pdf
文章链接 http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551500395X

Tongchao Liu, 1, Yancong Feng, 1, Yandong Duan, Suihan Cui, Lingpiao Lin, Jiangtao Hu, Hua Guo, Zengqing Zhuo, Jiaxin Zheng, Yuan Lin, Wanli Yanga, Khalil Amine, Feng Pan*, “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” Nano Energy,2015 (V 18),  Pages 187–195