近年來，鋰離子電池（LIB）已成為消費電子產品、電動汽車和電網儲能的首選電化學儲能技術。研究和開發高性能的正極材料是提高鋰電池性能的關鍵。近期，廣東省科學院化工研究所曾煒研究員團隊開發了一種新型氮摻雜碳納米框架改性的Li₃V₂(PO₄)₃ (LVP)正極材料，該材料以其卓越的倍率性能和超長的循環壽命，在可充電鋰離子電池領域展現出巨大潛力。

LVP作為一種正極材料，因其卓越的熱穩定性和安全性而備受推崇。然而，其低電導率限制了其在鋰離子電池中的廣泛應用。研究人員創新性地引入了氮摻雜的碳納米框架來提升LVP的電導率。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，通過熱解前驅體的方式來構建氮摻雜的碳納米框架。這種創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，初始放電容量達到132.85 mAh·g^-1；在10 C的高電流密度下循環1000次后，容量保持率高達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構，氮摻雜在納米碳框架中引入了缺陷和活性位點，從而促進了鋰離子的遷移和電解液的滲透。

研究團隊表示，這種簡單、新穎且節能的方法在大規模制備高性能正極材料方面展現出巨大潛力，而且為鋰離子電池的正極材料研究提供了新的思路。研究成果發表于Applied Surface Science期刊。第一作者為廣東省科學院和仲愷農業工程學院聯合培養碩士黃韜，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基金面上項目(52073066)、廣東省科學院建設國內一流研究機構行動專項資金（2020GDASYL-20200102028，2022GDASZH-2022010111）、廣州市基礎與應用基礎研究項目（2023A04J1389）資助。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2024.161399

供稿：柔性傳感技術研究中心/郭欣穎

初步審稿：劉婉玉

校稿：李曉芝

審定發布：王飛