将锂离子电池的电极材料包裹在碳纳米管的内部空间中
丰桥技术大学的研究人员已经证明了使用磷包封的碳纳米管电极的锂离子电池（LIB）的电化学性能，其中具有相当高容量的红磷被引入具有管状结构的碳纳米管（CNT）的内部间隔结构体。当可接近的锂离子通道即纳米孔形成到包封红磷的CNT的侧壁上时，电极表明红磷的电化学反应性的改善。此外，充电 - 放电曲线和结构分析揭示了可逆的电化学反应以及甚至在第五十次充电 - 放电循环之后纳米管中红磷的相对高的结构稳定性。充放电容量显示出比商用LIB中使用的石墨高2倍或更高的值。因此，提出了一种用于高容量LIB的新型电极材料。
作为用于LIB的更高电容电极材料，红磷已经引起了关注，因为它可以提供比用作LIB的商业电极材料的石墨的理论容量高大约七倍的理论容量。据认为，容量的巨大差异是由于LiC6的石墨结构中的锂离子量或Li3P中的磷的可接受量。然而，在锂离子插入和提取过程中，红磷会遭受巨大的体积变化，粉碎和剥落，由于电化学反应性红磷量的减少导致容量快速褪色。另外，在锂离子插入/提取过程中电子移动到电极上时，由于其低电子传导性，红磷在能量损失方面具有缺点。
丰桥技术大学电气与电子信息工程系的Tomohiro Tojo及其同事合成了独特的结构，其中将红磷封装在CNT的内部空间中以防止其从电极剥落并改善其电子传导性。为了改善通过锂离子通路的红磷的电化学反应性，还在磷包封的CNT的侧壁上形成了纳米孔（<5nm）。磷包封后，磷原子分布在纳米管内部，证实了红磷的结构稳定性。
使用磷包封的CNT电极，在第五十次充电 - 放电循环时可逆容量显示约850mAh / g。这是一个至少比石墨电极高两倍的值。在第10个循环和随后的循环之后，估计的充电和放电容量比（库仑效率）> 99％，这表明红磷充放电反应的高可逆性。然而，由于磷和CNT表面上的一些P-P键和其他副反应的解离，充放电容量随着循环次数的增加而逐渐下降。有趣的是，与没有纳米孔的磷包封的CNT相比，具有纳米孔的磷包封的CNT促进了电化学性能的显着改善。这被认为是由于红磷与锂离子通过侧壁上的纳米孔的高反应性。充电 - 放电循环后，观察到红磷在纳米管内部。
我们已经提出磷包封的CNT作为高容量LIB的电极材料，尽管需要额外改进结构以实现长期的循环而没有容量衰减。将进一步研究这些电极的使用情况。
