豐橋技術(shù)大學(xué)的研究人員已經(jīng)證明了使用磷包封的碳納米管電極的鋰離子電池（LIB）的電化學(xué)性能，其中具有相當(dāng)高容量的紅磷被引入具有管狀結(jié)構(gòu)的碳納米管（CNT）的內(nèi)部間隔結(jié)構(gòu)體。當(dāng)可接近的鋰離子通路（即納米孔）形成到包封紅磷的CNT的側(cè)壁上時(shí)，電極表明紅磷的電化學(xué)反應(yīng)性的改善。此外，充電-放電曲線和結(jié)構(gòu)分析揭示了可逆的電化學(xué)反應(yīng)以及甚至在第五十次充電-放電循環(huán)之后納米管中紅磷的相對(duì)高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。充放電容量顯示出比商用LIB中使用的石墨高2倍或更高的值。因此，提出了一種用于高容量LIB的新型電極材料。

作為用于LIB的更高電容電極材料，紅磷已經(jīng)引起了關(guān)注，因?yàn)樗梢蕴峁┍扔米鱈IB的商業(yè)電極材料的石墨的理論容量高大約七倍的理論容量。據(jù)認(rèn)為，容量的巨大差異是由于LiC6的石墨結(jié)構(gòu)中的鋰離子量或Li3P中的磷的可接受量。然而，在鋰離子插入和提取過(guò)程中，紅磷會(huì)遭受巨大的體積變化，粉碎和剝落，由于電化學(xué)反應(yīng)性紅磷量的減少導(dǎo)致容量快速褪色。另外，在鋰離子插入/提取過(guò)程中電子移動(dòng)到電極上時(shí)，由于其低電子傳導(dǎo)性，紅磷在能量損失方面具有缺點(diǎn)。

豐橋技術(shù)大學(xué)電氣與電子信息工程系的TomohiroTojo及其同事合成了獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，其中將紅磷封裝在CNT的內(nèi)部空間中以防止其從電極剝落并改善其電子傳導(dǎo)性。為了改善通過(guò)鋰離子通路的紅磷的電化學(xué)反應(yīng)性，還在磷包封的CNT的側(cè)壁上形成了納米孔（<5nm）。磷包封后，磷原子分布在納米管內(nèi)部，證實(shí)了紅磷的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

使用磷包封的CNT電極，在第五十次充電-放電循環(huán)時(shí)可逆容量顯示約850mAh/g。這是一個(gè)至少比石墨電極高兩倍的值。在第10個(gè)循環(huán)和隨后的循環(huán)之后，估計(jì)的充電和放電容量比（庫(kù)侖效率）>99％，這表明紅磷充放電反應(yīng)的高可逆性。然而，由于一些PP鍵和磷和CNT表面上的一些PP鍵和其他副反應(yīng)的解離，充放電容量隨著循環(huán)次數(shù)的增加而逐漸下降。有趣的是，與沒(méi)有納米孔的磷包封的CNT相比，具有納米孔的磷包封的CNT促進(jìn)了電化學(xué)性能的顯著改善。這被認(rèn)為是由于紅磷與鋰離子通過(guò)側(cè)壁上的納米孔的高反應(yīng)性。充電-放電循環(huán)后，觀察到紅磷在納米管內(nèi)部。

我們已經(jīng)提出磷包封的CNT作為高容量LIB的電極材料，盡管需要額外改進(jìn)結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的循環(huán)而沒(méi)有容量衰減。將進(jìn)一步研究這些電極的使用情況。