锂离子电池已经改变了人们的生活。依靠锂离子电池的续航，手机给我们的通讯和交流提供了极大便捷，笔记本电脑使我们时时处处都可以进入工作和学习状态，无人机给人们提供了的新的娱乐体验，电动汽车正在给人们出行交通提供便利。然而，锂离子电池这项改变世界的发明正在面临着重大挑战。长久的充电时间远不能满足人们现代生活的对电池的需求。现有快速充电型商业锂离子电池充电至80%需要40分钟甚至1小时之久，且以损失电池相当程度能量密度为代价。如果将来能够实现商业锂离子电池5分钟至10分钟充电至80%及以上，电动汽车将具有与燃油车相媲美的使用体验，必将给人们的生活和工作带来极大的便利。如何实现高效快速的电池充电是当前电池研究的重点和难点之一。

3月6日，著名能源领域学术期刊< 焦耳>（Joule）在线发表了武汉光电国家研究中心孙永明教授与斯坦福大学崔屹教授、清华大学王莉教授合作论文《红磷电极设计用作高比能快充锂离子电池负极》（Design of Red Phosphorus Nanostructured Electrode for Fast-Charging Lithium-lon Batteries with High Energy Density），文章不仅从理论上分析出红磷是一种理想的锂离子电池负极材料，能够兼顾快速充电性能和高能量密度，并且在实验上开发了一种红磷/碳复合材料，实现了快速充电性能好、能量密度高和循环寿命长。

从电池电极材料的角度，负极是限制锂离子电池快速充电技术的主要因素之一。目前商业锂离子电池广泛使用的石墨负极材料存在锂离子嵌入和脱出石墨结构速率慢、快速充电下表面容易析出锂枝晶进而引发安全性等问题。因此，开发比容量高、快充性能好和安全性高的负极材料具有重要的科学研究意义和实际应用价值。有鉴于此，崔屹、孙永明和王莉教授提出红磷是一种理想的负极材料，可用于快速充电锂离子电池并指出：红磷材料的锂化电压适度（~0.7 V vs. Li⁺/Li），既能保障负极有足够的电压区间缓冲快速充电过程导致的过电位，避免负极表面析出锂枝晶问题，同时红磷的高比容量也能满足电池整体能量密度需求。另一方面，作者从实际应用的角度出发提出快速充电性能好红磷负极材料的理想结构必须具有高电子导电性、好的振实密度和稳定性特征。作者报道了一种红磷/碳复合材料，振实密度与现有商业石墨负极相当。在充电电流密度为8 C、电极片面容量为1 mAh cm^-2情况下该电极容量保持率为84% (10分钟充电至84%)。电极在0.2 C、3.0 mAh cm^-2下，500次循环容量保持率为90%。实验结果揭示，在商业化单位面积容量载量下，红磷/碳负极的倍率性能和容量性能特征远超传统石墨和钛酸锂负极。

该文的第一作者是孙永明、王莉，通讯作者崔屹，第一作者单位华中科技大学，通讯单位为斯坦福大学。

相同面积容量的红磷/碳、商业化石墨和碳酸锂负极。红磷/碳负极具有更高的比容量（基于电极整体体积和质量）、更薄的电极厚度、更短的载流子传输距离和更快的充电速度。