UNIST利用赤磷与碳涂层开发高效石墨负极材料

Published 05 Oct.2023 15:55(KST)

Updated 05 Aug.2025 22:25(KST)

open/close

UNIST能源化学工程系Lee Hyeonuk教授团队利用汽化-凝结方法，开发出了以多孔石墨为基底、表面覆有红磷和碳涂层的负极材料“石墨-磷复合体”。

该复合体利用红磷和碳涂层的优势，提高了生成于石墨表面的电子和锂离子的电导率。电导率的提升可以在快速充电时分散原本集中在电极表面的锂离子，使充电过程更加均匀。

同时，该材料还能抑制引发电池问题的枝晶形成，从而进一步提升电池的安全性。

能源化学工程系教授Lee Hyeonuk表示：“为了缓解非均匀性，在电极充电过程中引导锂离子浓度保持均匀分布至关重要。”

研究团队利用红磷（红色磷）较低的沸点（280℃），将磷成分以气相沉积的方式均匀沉积到石墨表面。

他们将石英管熔封，使石墨与红磷处于密闭状态，然后加热至高于沸点的温度，使红磷汽化。汽化后的红磷会均匀包覆石墨，随后降低温度完成沉积过程。

尤其是通过额外涂覆在原油分离过程中产生的残渣“石油系沥青”，最终制备出了能够抑制红磷副反应的石墨-磷复合体。

研究团队利用实时光学显微镜对所开发的复合体进行观察，并通过图像处理进行分析。石墨在充电过程中会发生颜色变化，他们确认，在对所开发的石墨-磷复合体进行充电时，其颜色分布在深度方向上趋于均匀。

研究团队还通过光学显微镜影像确认，由于均匀性提高，该材料在快速充电时并不会形成枝晶，能够实现稳定充电。在超过1000个循环的长期快速充放电测试中，该材料仍保持94.4%的容量，并表现出99.8%的库仑效率，其耐久性由此得到验证。

对比了石墨负极材料与石墨–磷复合体的充放电表现。

Lee Hyeonuk教授表示：“基于石墨的负极材料将在未来10年主导锂离子电池市场，可以说，为提高石墨的能量密度和实现快速充电而开展的研究，是石墨基负极材料市场的核心要素。”

他接着表示：“通过开发涂覆廉价红磷和碳的石墨负极材料，有望满足电池市场的需求。”

本研究在蔚山科学技术院未来先导型特色化项目，以及科学技术信息通信部和韩国研究财团新进研究项目的支持下开展，并已于去年8月29日在线发表在能源材料领域全球顶级国际学术期刊《ACS Energy Letters》上。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。