近年来，锂离子电池（LIB）已成为消费电子产品、电动汽车和电网储能的首选电化学储能技术。研究和开发高性能的正极材料是提高锂电池性能的关键。LVP正极材料，即磷酸钒锂（Li3V2(PO4)3），是一种重要的锂离子电池正极材料，因其卓越的热稳定性和安全性而备受推崇。然而，其低电导率限制了其在锂离子电池中的广泛应用。
近期，广东省科学院化工研究所曾炜研究员团队开发了一种新型氮掺杂碳纳米框架改性的LVP正极材料，该材料以其卓越的倍率性能和超长的循环寿命，在可充电锂离子电池领域展现出巨大潜力。研究人员创新性地引入了氮掺杂的碳纳米框架来提升LVP的电导率。这一方法巧妙地利用了植酸作为碳和磷的来源，以及聚乙烯吡咯烷酮作为氮源，通过热解前驱体的方式来构建氮掺杂的碳纳米框架。这种创新的合成策略不仅简化了材料的制备流程，还为LVP正极材料的性能提升开辟了一条有效的途径。
图1 氮掺杂碳纳米框架修饰的LVP合成路线图
研究结果表明，氮掺杂碳纳米框架改性的LVP正极材料在1 C的电流密度下，初始放电容量达到132.85 mAh·g-1；在10 C的高电流密度下循环1000次后，容量保持率高达98.98%；即使在50 C的超高电流密度下，也能保持99.65 mAh·g-1的放电容量。这些显著的性能提升归功于氮掺杂碳纳米框架的引入，其中LVP在高温分解过程中形成了多孔的蜂窝状结构，氮掺杂在纳米碳框架中引入了缺陷和活性位点，从而促进了锂离子的迁移和电解液的渗透。
研究团队表示，这种简单、新颖且节能的方法在大规模制备高性能正极材料方面展现出巨大潜力，而且为锂离子电池的正极材料研究提供了新的思路。研究成果发表于Applied Surface Science期刊。第一作者为广东省科学院和仲恺农业工程学院联合培养硕士黄韬，曾炜研究员、武晨博士、刘星星博士为共同通讯作者。该研究获国家自然科学基金面上项目（52073066）、广东省科学院建设国内一流研究机构行动专项资金（2020GDASYL-20200102028，2022GDASZH-2022010111）、广州市基础与应用基础研究项目（2023A04J1389）资助。
论文信息：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：省科学院化工所
撰稿：郭欣颖
审稿：黄丹 王飞 刘婉玉
校稿：徐超 肖捷 章震
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