IF=62.1，天大孙洁联手物理所李泓，重磅Chemical Reviews综述！

第一作者：Xinpeng Han

通讯作者：孙洁，李泓

通讯单位：天津大学，中国科学院物理研究所

论文速览

快充电池备受追捧。然而，当前电池行业普遍使用碳作为负极材料，这在高电流密度下容易形成枝晶，导致循环后性能下降并存在安全隐患。磷(P)基负极因其安全的锂化潜力、低离子扩散能量障碍和高理论储能容量而被视为石墨的理想替代品。

自2019年以来，快充磷基负极实现了极端快速充电(XFC)的目标，即在10分钟内充电可实现超过80%的容量保持率。使用磷基负极的可充电电池技术，结合高容量转化型正极或高电压插入型正极，因此受到了学术界和工业界的广泛关注。

尽管如此，高性能和快充磷基电池配置的范围仍然相当有限。本文首先系统地审视了快充磷基负极面临的四大挑战，包括循环过程中的体积变化、电极界面不稳定性、多磷化物的溶解以及长期的P/电解液副反应。

接着，本文总结了一系列策略，这些策略有潜力规避这些挑战，并合理控制磷负极的电化学反应过程。还考虑了粘结剂和电极结构。还提出了其他剩余问题及相应的改进和理解快充磷负极的策略。

最后，研究者回顾并讨论了基于磷负极的现有全电池配置，并根据电池近期发展的轨迹，预测了回收使用过的磷基全电池的潜在可行性。希望这篇综述能为磷科学和工程提供一个新的视角，以实现快速充电的能量存储设备。

图文导读

图1：中国预测的总电力消耗和电动汽车电力消耗的增长趋势。

图2：基于磷的负极系统的最大功率密度。

图3：汇总了文献研究中关于充电获得的比能量与充电时间的关系，以及在特定充电条件下的循环寿命。

图4：各种负极（石墨、硅和磷）在LIBs中的出版物数量和磷负极在已发布文献/专利中的比例。

图5：不同负极材料的锂离子扩散障碍。展示了不同负极和正极的理论重量能量密度和体积能量密度。

图6：不同负极（石墨、硅和磷）在LIBs中的出版物数量。

总结展望

快充技术是电动汽车普及的关键，而磷基负极因其高理论容量和快速的离子扩散速率显示出巨大的潜力。尽管存在诸如体积变化大、电子导电性低、电解液界面不稳定等挑战，通过创新的材料设计和工程策略，如空间限制、界面加强、物理障碍和化学吸附以及溶剂化鞘的调控，可以有效提高磷基负极的性能。

此外，粘结剂和电极结构的优化也是提升快速充电性能的重要方向。未来的研究需要进一步探索和解决磷基负极的电化学机制，以及开发更安全、更高效的电解液系统，以实现快速充电电池的商业化和可持续发展。

文献信息

标题：Fast-Charging Phosphorus-Based Anodes: Promises, Challenges, and Pathways for Improvement

期刊：Chemical Reviews

DOI：10.1021/acs.chemrev.3c00646

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