近日，我院王卓森、朱建华和晁云峰老师，在界面耦合策略调控磷负极的反应动力学与储能机制领域取得重要进展。通过利用坚固单壁碳纳米管（SWCNTs）的柔韧性和磷在锂化过程中的大体积变化，在SWCNTs中诱导的拉伸应变增强了其与破碎合金颗粒的相互作用，促进了界面耦合和P-C键的形成。该机制有效稳定了断裂的磷簇，抑制了中间产物的溶解，并促进了坚固导电网络的重建。

电动汽车的快速发展对动力电池的能量密度提出了日益严格的要求，推动了对超越传统石墨负极材料的探索。合金型候选材料因其高比容量和合适的锂化电位而受到广泛关注。然而，其在循环过程中都存在严重的体积膨胀，这容易导致活性材料的粉化和固体电解质界面的破坏。以磷为例，其具有超低锂扩散势垒（0.08 eV）、适当的锂化电位（约0.7 V vs Li⁺/Li）以及极高的理论容量（2596 mAh g⁻¹）。然而，其在锂化过程中高达300%的体积膨胀会产生强烈的局部应力，引发上述降解过程。更关键的是，可溶性中间产物（LiPPs）会导致严重的穿梭效应和持续的活性物质损失，且磷固有的低电子电导率（约10⁻¹² S m⁻¹）导致反应动力学迟缓。总之，这些相互交织的缺点构成了阻碍磷基负极实际应用的关键瓶颈。

该研究首次证明了通过仅掺入1 wt% SWCNT，应变诱导界面稳定策略在磷基负极中是可行且高效的。原位拉曼光谱直接捕捉了锂化/脱锂过程中SWCNTs拉伸应变的演变，以及缺陷sp³碳和界面P-C键的出现。结合密度泛函理论DFT计算，阐明了应变和锂化磷簇在驱动该化学机械耦合过程中的关键作用。这种界面耦合不仅实现了粉化磷簇的原位稳定，还有效抑制了LiPPs的溶解和穿梭。同时，重构的电极形成了坚固的三维互连导电网络，显著增强了反应动力学和循环稳定性。因此，仅使用少量1 wt% SWCNT，黑磷（BP-SWCNT）负极表现出优异的性能，在0.1C下提供1981.6 mAh g⁻¹的容量，在5C下为1235.6 mAh g⁻¹，并在1C下循环500次后保持1301.9 mAh g⁻¹（78.1%）。具有507 Wh kg⁻¹高能量密度的NCM811//BP-SWCNT全电池在1C下循环500次后甚至能保持其容量的72.5%。该研究不仅为解决磷基负极的内在挑战提供了新视角，还证明了应变介导的界面设计原则对广泛的高体积膨胀电极材料具有普遍的指导意义。

相关研究成果“Reinventing Phosphorus Anodes: Taming Pulverization via Strain-Induced Interfacial Coupling”发表在国际顶级学术期刊Angewandte Chemie International Edition上，王卓森为论文第一作者，朱建华、晁云峰为论文共同通讯作者。

文章链接： https://doi.org/10.1002/anie.202523513