记者10月14日获悉，中国科学技术大学季恒星教授研究组与合作者合作，在新型锂离子电池电极材料研究方面取得重大突破：全新设计的黑磷复合材料使锂离子电池兼具高容量、快速充电且长寿命成为可能。这项成果发表在《科学》杂志上。
如今电动汽车愈发受到市场青睐，但漫长的充电时间也让人望而却步。传统燃油汽车仅需5分钟即可满油增程500公里，而目前市售最先进的电动汽车则需要“坐等”充电一小时才能达到同样的增程效果。发展具有快速充电能力的大容量锂离子电池一直是电动汽车行业的重要目标。中国科学技术大学的这项最新研究突破使人类距离该目标更近了一步。
论文第一作者金洪昌博士介绍：“在锂离子电池中，能量通过锂离子与电极材料的化学反应进出电池，因此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容纳锂离子的多少也是一个重要因素。”
黑磷是白磷的同素异形体，特殊的层状结构赋予了它很强的离子传导能力和高理论容量，是极具潜力的满足快充要求的电极材料。然而黑磷容易从层状结构的边缘开始发生结构性破坏，实测性能远低于理论预期。
为此，季恒星团队采用“界面工程”策略将黑磷和石墨通过磷碳共价键连接在一起，在稳定材料结构的同时提升了黑磷石墨复合材料内部对锂离子的传导能力。
针对电极材料在工作过程中会被电解液逐渐分解的化学物质所包裹，部分物质会阻碍锂离子进入电极材料，就像玻璃表面的灰尘阻碍光线穿透一样，研究团队用轻薄的聚合物凝胶做成防尘外衣“穿”在黑磷石墨复合材料表面，使锂离子得以顺利进入。
“我们采用常规的工艺路线和技术参数将黑磷复合材料做成电极片。实验室的测量结果表明，电极片充电9分钟即可恢复约80%的电量，2000次循环后仍可保持90%的容量。”论文共同第一作者、中国科学院化学研究所研究员辛森介绍说，“如果能够实现这款材料的大规模生产，找到匹配的正极材料及其他辅助材料，并针对电芯结构、热管理和析锂防护等进行优化设计，将有望获得能量密度达350瓦时/千克并具备快充能力的锂离子电池。”
这样的锂离子电池能够使电动汽车的行驶里程接近1000公里，而特斯拉Model S满电后的行驶里程为650公里。快速充电能力将使电动汽车的用户体验上升一个台阶。
动力电池纷纷创新
2020年上半年，动力电池企业动作频频。先是比亚迪刀片电池横空出世，宣告磷酸铁锂电池的回归，紧接着广汽宣布石墨烯电池取得了突破，再然后是一直低调的蜂巢能源推出了可量产的无钴电池，直接把续航里程提升到880公里。
当年磷酸铁锂电池之所以被三元锂电池比下去，无外乎能量密度太低，以及低温性能差。但是它成本低，稳定性好。比亚迪的刀片电池，就是改良后的磷酸铁锂电池，它的创新来自材料结构和制造工艺的改变。简单来说，就是比亚迪把电芯做得更薄更长更扁平化，这样体积能量密度就大幅提升了，续航能力也就相应提高。
和比亚迪的刀片电池相比，广汽新能源研发出石墨烯电池是又一业界重磅消息。但业内专家表示，所谓的石墨烯电池，在理论上能提高充放电速率，但是对容（能）量提升没有任何帮助，而且它作为纳米材料，和锂离子电池工业的技术体系也不兼容。但具体广汽的石墨烯电池应用了什么技术，还未对外具体说明。
蜂巢能源发布的NMX无钴电池，指的并非本身就不含钴的磷酸铁锂电池，而是去掉了钴之后的三元锂电池。为啥电池企业都追求无钴化？因为钴很稀有，总储量少，价格高，开采过程很难。据蜂巢公布的消息，他们除了在电芯核心技术上实现了突破外，其L6薄片无钴电芯，寿命达到15年120万公里，综合续航880公里，2021年下半年能够实现量产。
无论以上几家推出的重磅技术是科研领域的突破，还是给资本市场找话题，对消费者而言，都是好事——电池的成本会更低、充电会更快、续航会更长、安全性会更高，电动汽车彻底取代燃油车的时间表，也会越来越近。或许用不了多少日子，真的可以开电动车出远门了。（科技日报记者吴长锋）