自石墨烯發(fā)現(xiàn)以來，單層與幾層二維材料成為科學(xué)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的持續(xù)熱點(diǎn)。LiFePO4（磷酸鐵鋰）材料是1997年Goodenough教授首次發(fā)現(xiàn)在鋰電池中有優(yōu)異的性能， 它具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、循環(huán)可逆性好、安全性能好、環(huán)境友好（無毒）等優(yōu)點(diǎn)， 已經(jīng)應(yīng)用在電動汽車動力電池領(lǐng)域，例如比亞迪電動車用的所謂“鐵電池”用的電池正極材料就是LiFePO4。
近日，北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院在潘鋒教授的指導(dǎo)下，2014級直博生劉同超和博士后馮炎聰?shù)热伺c團(tuán)隊(duì)的老師和同學(xué)合作，在學(xué)院前期研究基礎(chǔ)上開展對LiFePO4新型方法的研究，在新型合成LiFePO4的過程中，意外發(fā)現(xiàn)了一種全新只有單層/雙層Fe3(PO4)2·8H2O二維材料，并實(shí)現(xiàn)了這種二維材料單雙層的可控制備。通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，他們?nèi)娴慕沂玖藛螌?雙層Fe3(PO4)2·8H2O二維材料的形成機(jī)理，即在H2O/乙二醇/晶體界面為模板的可控外延生長。
圖1 單層/雙層Fe
3(PO
4)
2·8H
2O在H
2O/乙二醇/晶體界面為模板的可控外延生長二維材料的形成機(jī)理
這種新型二維材料與碳黑球磨后做正極材料展現(xiàn)出優(yōu)異的電池性能，0.1C容量可以達(dá)到185mAh/g，在10C下循環(huán)400次容量仍能保持98%以上，以及20C大倍率充放電時(shí)仍有107mAh/g的容量。更有趣的是，在這種二維材料的充放電中，發(fā)現(xiàn)了5-10nm的LiFePO4納米晶晶體。該研究成果發(fā)表在最近一期的國際新能源材料頂級雜志 Nano Energy （ doi:10.1016/j.nanoen.2015.10.016，SCI影響因子10.3）上。
該工作的合作者還包括學(xué)院兼職教授，如林原教授、美國伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的Wangli Yang教授、美國阿貢實(shí)驗(yàn)室的Khalil Amine教授等。該項(xiàng)工作得到了國家電動汽車動力電池重大專項(xiàng)，廣東省引進(jìn)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、深圳孔雀計(jì)劃及深圳市科技創(chuàng)新基礎(chǔ)項(xiàng)目等基金的支持。
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：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551500395X
Tongchao Liu, 1, Yancong Feng, 1, Yandong Duan, Suihan Cui, Lingpiao Lin, Jiangtao Hu, Hua Guo, Zengqing Zhuo, Jiaxin Zheng, Yuan Lin, Wanli Yanga, Khalil Amine, Feng Pan*, “Formation of mono/bi-layer iron phosphate and nucleation of LiFePO4 nano-crystals from amorphous 2D sheets in charge/discharge process for cathode in high-performance Li-ion batteries” Nano Energy，2015 （V 18）, Pages 187–195
