磷烯材料悄然崛起 石墨烯只是資本盛宴？

　　在過(guò)去的十多年里，人們已經(jīng)對(duì)黑磷材料進(jìn)行了廣泛的研究，以期將磷材料用于鋰離子電池領(lǐng)域。研究發(fā)現(xiàn)每個(gè)P原子可以與3個(gè)Li+反應(yīng)，生成Li3P材料，理論比容量為2596mAh/g，電壓范圍為0.4-1.2V，具有極大的應(yīng)用潛力。但是與其他高容量鋰離子電池負(fù)極材料一樣，在充放電循環(huán)過(guò)程中磷材料的容量會(huì)發(fā)生快速衰降，這主要是因?yàn)榱撞牧显谇朵囘^(guò)程中體積膨脹過(guò)大(300%)造成的。為了克服這一難點(diǎn)，可以將納米磷材料與石墨進(jìn)行機(jī)械混合，由于P和石墨之間會(huì)形成很強(qiáng)的C-P鍵，因此顯著的改善了材料的循環(huán)性能，其首次充電容量可以達(dá)到2786mAh/g(0.2C)，循環(huán)100次后，容量保持率可達(dá)80%以上。

　　這是基于普通黑磷材料的研究，關(guān)于磷烯材料的儲(chǔ)鋰特性研究還比較少，Li等人研究了磷烯材料后認(rèn)為其具有以下幾大優(yōu)勢(shì)，1)Li和P之間具有很強(qiáng)的鍵;2)Li原子在寡層磷烯的Z方向的擴(kuò)散能量阻礙只有0.08eV，這使得磷烯材料具有非常高的Li+擴(kuò)散速率，要比Li+在MoS2和石墨中的擴(kuò)散速率快100到10000倍，非常適合快充鋰離子電池。3)磷烯層間的擴(kuò)散阻力較大，達(dá)到0.68eV，避免了Li+在層間擴(kuò)散;4)采用磷烯材料的鋰離子電池電壓平均達(dá)到2.9V以上;5)Li+嵌入的磷烯內(nèi)部時(shí)，可以使得磷烯從半導(dǎo)體材料向金屬性質(zhì)轉(zhuǎn)變，顯著提高材料的導(dǎo)電性。

　　這幾大優(yōu)勢(shì)使得磷烯材料在鋰離子電池上十分具有應(yīng)用潛力。但是目前針對(duì)磷烯在鋰離子電池上的應(yīng)用研究還較少。鋰資源的稀缺性使得人們逐漸將注意力轉(zhuǎn)移到了鈉離子電池上，磷烯材料在鈉離子電池上也具有優(yōu)異的性能，例如Cui的團(tuán)隊(duì)，利用液相剝離法制備磷烯材料，并在NMP中使磷烯與石墨烯材料發(fā)生自組裝，形成了獨(dú)特的三明治結(jié)構(gòu)，該工藝制備的磷與石墨烯復(fù)合材料的在鈉離子電池表現(xiàn)出了良好的特性，在0.02C下可以獲得2440mAh/g的可逆容量，循環(huán)100次后，仍然能夠保持2080mAh/g的比容量，表現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能，石墨烯和磷烯兩大高端材料的結(jié)合，表現(xiàn)出了十分優(yōu)良的電化學(xué)性能。相信隨著研究的不斷深入，磷烯材料在儲(chǔ)能領(lǐng)域，特別是在鈉離子電池和鋰離子電池方面，會(huì)發(fā)揮更大的潛力，成為一種性能優(yōu)異的鋰離子電池負(fù)極材料。