近年來，鋰離子電池（LIB）已成為消費(fèi)電子產(chǎn)品、電動汽車和電網(wǎng)儲能的首選電化學(xué)儲能技術(shù)。研究和開發(fā)高性能的正極材料是提高鋰電池性能的關(guān)鍵。LVP正極材料，即磷酸釩鋰（Li₃V₂(PO₄)₃），是一種重要的鋰離子電池正極材料，因其卓越的熱穩(wěn)定性和安全性而備受推崇。然而，其低電導(dǎo)率限制了其在鋰離子電池中的廣泛應(yīng)用。

近期，廣東省科學(xué)院化工研究所曾煒研究員團(tuán)隊開發(fā)了一種新型氮摻雜碳納米框架改性的LVP正極材料，該材料以其卓越的倍率性能和超長的循環(huán)壽命，在可充電鋰離子電池領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。研究人員創(chuàng)新性地引入了氮摻雜的碳納米框架來提升LVP的電導(dǎo)率。這一方法巧妙地利用了植酸作為碳和磷的來源，以及聚乙烯吡咯烷酮作為氮源，通過熱解前驅(qū)體的方式來構(gòu)建氮摻雜的碳納米框架。這種創(chuàng)新的合成策略不僅簡化了材料的制備流程，還為LVP正極材料的性能提升開辟了一條有效的途徑。

圖1 氮摻雜碳納米框架修飾的LVP合成路線圖

研究結(jié)果表明，氮摻雜碳納米框架改性的LVP正極材料在1 C的電流密度下，初始放電容量達(dá)到132.85 mAh·g^-1；在10 C的高電流密度下循環(huán)1000次后，容量保持率高達(dá)98.98%；即使在50 C的超高電流密度下，也能保持99.65 mAh·g^-1的放電容量。這些顯著的性能提升歸功于氮摻雜碳納米框架的引入，其中LVP在高溫分解過程中形成了多孔的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，氮摻雜在納米碳框架中引入了缺陷和活性位點(diǎn)，從而促進(jìn)了鋰離子的遷移和電解液的滲透。

研究團(tuán)隊表示，這種簡單、新穎且節(jié)能的方法在大規(guī)模制備高性能正極材料方面展現(xiàn)出巨大潛力，而且為鋰離子電池的正極材料研究提供了新的思路。研究成果發(fā)表于Applied Surface Science期刊。第一作者為廣東省科學(xué)院和仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)碩士黃韜，曾煒研究員、武晨博士、劉星星博士為共同通訊作者。該研究獲國家自然科學(xué)基金面上項目（52073066）、廣東省科學(xué)院建設(shè)國內(nèi)一流研究機(jī)構(gòu)行動專項資金（2020GDASYL-20200102028，2022GDASZH-2022010111）、廣州市基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究項目（2023A04J1389）資助。

論文信息：Tao Huang, Lifeng Guan, Shuai Jin, Dehui Zhang, Wangwen Liao, Xiangyang Zhou, Xingxing Liu, Chen Wu, Wei Zeng, Nitrogen-doped carbon nanoframes modified Li3V2(PO4)3 derived from phytic acid with ultra-high rate performance for rechargeable Li ion batteries, Applied Surface Science, Volume 680, 2025, 161399, ISSN 0169-4332, https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.161399.

供稿：省科學(xué)院化工所

撰稿：郭欣穎

審稿：黃丹?王飛?劉婉玉

校稿：徐超?肖捷?章震