中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：能源電池種類很多，應(yīng)用也十分廣泛，此次主要介紹鋰電池從2016年1月至今的技術(shù)突破。
1．科學(xué)家發(fā)明鋰電池新技術(shù)：能量密度提高30％ 成本降低
哥倫比亞大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的助理教授楊遠(yuǎn)開(kāi)發(fā)了一種提高鋰離子電池能量密度的全新方法。
圖：石墨／PMMA ／ Li三層電極在電池電解質(zhì)中浸泡24小時(shí)之前（左）和之后（右）的對(duì)比。在浸入電解質(zhì)之前，三層電極在空氣中是穩(wěn)定的。浸泡后，鋰與石墨反應(yīng)，顏色變黃。
首先，他使用了一層“PMMA”（即常見(jiàn)的有機(jī)玻璃材料），來(lái)隔絕鋰與空氣和水分的接觸；然后在PMMA聚合物上加一層人造石墨或硅納米顆粒等活性材料；最后，他讓PMMA聚合物層溶解在電池電解質(zhì)中，從而將鋰與電極材料導(dǎo)通。這樣我們就可以避免不穩(wěn)定的鋰和鋰化電極間的空氣接觸。采用該結(jié)構(gòu)的電極可以在普通空氣環(huán)境下完成，更容易實(shí)現(xiàn)電池電極的量產(chǎn)。
三層結(jié)構(gòu)電極能在裸露的空氣環(huán)境中保持穩(wěn)定，因而使得電池電量更加持久、制造成本進(jìn)一步降低。該研究可以將鋰電池的能量密度提高10－30％。這種方法在增加電池壽命方面有巨大潛力，有望應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車。
2．新型軟性導(dǎo)電碳材料提升LiFePO4材料性能
北京大學(xué)深圳研究生院的Wenju Ren等人從電極結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了研究，提出了軟性碳導(dǎo)電劑SCC的概念，軟性碳材料導(dǎo)電劑相比于硬碳導(dǎo)電劑能和活性物質(zhì)顆粒之間產(chǎn)生更大的接觸面積，從而使得電流分布和Li＋分布更加均勻，從而減少在充放電過(guò)程中正極材料的極化，從而顯著的提升材料的容量和倍率性能。
Wenju Ren研究了三種不同形貌的導(dǎo)電碳材料——球狀、管狀和多孔導(dǎo)電碳材料，研究了幾種碳材料的sp2／sp3鍵混合比例、晶體結(jié)構(gòu)、表面缺陷、形貌、比表面積和孔狀結(jié)構(gòu)，以及這些碳材料于LFP顆粒的接觸情況。其中孔狀結(jié)構(gòu)的碳材料具有發(fā)絲狀的形貌，并呈現(xiàn)出了非常柔軟的狀態(tài)，能夠于LFP顆粒之間產(chǎn)生很大的接觸面積，這主要是由于這種碳材料含有較大的sp2鍵比例（約80％），大量的表面缺陷，較小的晶體尺寸（大約4nm），以及巨大的比表面積（＞1000m2／g），因此這種材料也被稱為軟碳材料（SCC），而其他類型的碳材料則被劃分為硬碳材料（HCC）和碳納米管（CNT）。軟碳材料由于大量的表面缺陷和巨大的比表面積，因此極大的增加了其于LFP顆粒之間的接觸面積，顯著降低了接觸阻抗，增加電極的導(dǎo)電性。
3．科學(xué)家在鋰電池三元層狀NMC材料研究方面取得新進(jìn)展
北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授團(tuán)隊(duì)，對(duì)鋰電池三元層狀NMC材料開(kāi)展了系統(tǒng)研究，對(duì)鋰的擴(kuò)散機(jī)理及高低溫的性能開(kāi)展了系統(tǒng)的研究并發(fā)現(xiàn)NMC622具有最好的高低溫的性能。
他們通過(guò)第一性原理計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)三元層狀正極材料的穩(wěn)定性與晶格結(jié)構(gòu)中最不穩(wěn)定的氧有關(guān)，而氧的穩(wěn)定性又由其基本的配位單元決定（TM（Ni，Mn，Co）3－O－Li3－x’：每個(gè)氧和過(guò)渡金屬層中的三個(gè)過(guò)渡金屬離子配位，同時(shí)和鋰層中的0到3個(gè)鋰離子配位）。
圖：理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到三元層狀材料充電（脫鋰）過(guò)程中起始脫氧溫度的變化
通過(guò)此模型，他們系統(tǒng)地揭示了層狀材料中鋰的含量、過(guò)渡金屬元素的含量及價(jià)態(tài)、Ni／Li反位缺陷等因素對(duì)氧穩(wěn)定性的調(diào)控。這將為今后三元層狀材料鋰離子電池穩(wěn)定性的優(yōu)化提供重要線索和理論指導(dǎo) 。
4．加州大學(xué)成功研發(fā)出可重復(fù)充電無(wú)損電池
美國(guó)加州大學(xué)爾灣分校（University ofCalifornia， Irvine）博士生Mya Le Thai和她的研究團(tuán)隊(duì)，成功研發(fā)出一種近乎永續(xù)的充電池。
多年來(lái)科學(xué)家一直希望把納米線（nanowires）應(yīng)用到電池上，納米線是一種比頭發(fā)還要細(xì)幾千倍的物料，若用納米線作導(dǎo)電溝道，這樣的電晶體就會(huì)有良好的導(dǎo)電能力，但是它們太過(guò)脆弱，所以電池有一定壽命，技術(shù)一直沒(méi)有新突破。而Mya Le Thai則發(fā)現(xiàn)到，只要把納米線涂在二氧化錳上，再用類似塑膠玻璃（Plexiglas）凝膠包裹，就可以大大加強(qiáng)納米線的強(qiáng)度。加州大學(xué)化學(xué)系主任Reginald Penner 指：“僅通過(guò)使用這種納米線電容器（PMMA），充電池可以重覆充電幾十萬(wàn)次而沒(méi)出現(xiàn)任何損耗?！倍话愕某潆姵?，最多只能重覆充電5000到7000次左右（或更少）在為期三個(gè)月的測(cè)試中，團(tuán)隊(duì)把制成的電池重覆充電20萬(wàn)次后，也沒(méi)法檢測(cè)任何功能上的損耗。
5．新加坡南洋理工開(kāi)發(fā)出TiO＠C空心球包裹硫正極材料，可用于高性能鋰硫電池
新加坡南洋理工大學(xué)樓雄文課題組提出了一種高性能鋰硫電池的TiO＠C空心球包裹S的正極材料。TiO＠C納米空心球具有很好的導(dǎo)電性能和很強(qiáng)的吸附聚合硫化物的能力，所以在電極材料中能提供良好的導(dǎo)電性并有效地限制了聚硫化物的溶解。除此之外，在復(fù)合正極材料結(jié)構(gòu)上的特殊設(shè)計(jì)也使聚硫化物的上限容量達(dá)到最大化，從而阻礙了聚硫化物向外流失。
圖：（a）TiO＠C－HS／S復(fù)合材料的合成路徑示意圖（b－e）PS、（f－i）PS＠TiO2核－殼微球以及（j－m）TiO2＠PDA 微球的掃描電鏡和透射電鏡圖像
他們通過(guò)硬模板的方式逐次包覆二氧化鈦和PDA，經(jīng)還原性氣氛下碳化后，二氧化鈦轉(zhuǎn)化為一氧化鈦，PDA碳化成外包覆的一層碳層，該碳層對(duì)于內(nèi)部一氧化鈦中空結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起到了關(guān)鍵作用。這一工作為設(shè)計(jì)高導(dǎo)電性和高吸附性能的納米結(jié)構(gòu)提供了新思路，也使得后續(xù)高能量密度電池的設(shè)計(jì)成為了可能 。
6．負(fù)極材料行突破新突破！加拿大科學(xué)家制備出低膨脹層狀無(wú)定形Si負(fù)極材料
加拿大達(dá)爾豪斯大學(xué)的Leyi Zhao等人利用鋰硅合金脫鋰工藝合成了一種具有層狀結(jié)構(gòu)的無(wú)定形Si負(fù)極材料，在循環(huán)過(guò)程中該材料嵌鋰和脫鋰過(guò)程中材料的體積膨脹要明顯小于普通的Si負(fù)極材料，因此材料的循環(huán)性能也得到了顯著的提升。
Leyi Zhao等利用硅化鋰在酒精中脫鋰合成了具有層狀結(jié)構(gòu)的無(wú)定形Si負(fù)極材料。合成過(guò)程如下，首先在Ar氣流保護(hù)下，利用電弧融化Si和Li，形成鋰硅合金，冷卻后研磨成為粉末，取1g加入三頸瓶，利用Ar氣流保護(hù)，并采用磁力攪拌，最后加入酒精或者異丙醇，并進(jìn)行持續(xù)攪拌需要注意的是當(dāng)使用異丙醇作為反應(yīng)劑時(shí)，反應(yīng)較慢，需要采用油浴加熱，而采用酒精則反應(yīng)迅速，不需要采用加熱措施。反應(yīng)后的Si負(fù)極材料經(jīng)過(guò)去離子水和HCl洗滌后，在120℃下干燥后就可以獲得最終產(chǎn)品。對(duì)與材料結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)配比為L(zhǎng)i12Si7，Li7Si3和Li13Si4的鋰硅合金經(jīng)過(guò)脫鋰形成了層狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物，而化學(xué)配比為L(zhǎng)i22Si5的材料則沒(méi)有形成層狀結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物。
無(wú)定形Si材料的循環(huán)性能要明顯好于晶體硅材料，特別是當(dāng)無(wú)定形硅材料具有層狀結(jié)構(gòu)時(shí)，層狀結(jié)構(gòu)之間的空間，吸收了硅材料在嵌鋰時(shí)的體積膨脹，減少了材料顆粒的膨脹，提升了循環(huán)性能，但是這也造成了材料的振實(shí)密度較低，使得使用該材料的電池體積能量密度較低。
7．石墨負(fù)極的新發(fā)現(xiàn)——中國(guó)科學(xué)家制備出中空碳微球高性能負(fù)極材料
北京理工大學(xué)的Xinyang Yue等人基于介孔碳技術(shù)開(kāi)發(fā)了一種微孔－介孔中空碳微球鋰離子電池負(fù)極材料，該材料的比表面積高達(dá)396m2／g，該材料不僅具有高容量特性，并且具有良好的循環(huán)性能和倍率性能。
研究中Xinyang Yue利用370nm硅微球作為模板，多巴胺作為碳源，PEO－PPO－PEO（P123）作為孔形成介質(zhì)，在400℃下Ar保護(hù)焙燒3h，然后800℃下焙燒3h，最后利用20％的HF在中空碳微球的表面腐蝕出微孔，并除去材料中的硅模板。最后經(jīng)過(guò)清洗和真空干燥后，就獲得了微孔－介孔中空碳微球材料。該材料具有良好的倍率性能，非常適合應(yīng)用在高功率鋰離子電池上。目前該材料最大的問(wèn)題是制備成本過(guò)高，振實(shí)密度偏低，難以商業(yè)化應(yīng)用，而材料的首次不可逆容量過(guò)高的問(wèn)題，可以通過(guò)負(fù)極補(bǔ)鋰等技術(shù)進(jìn)行解決。目前該方法還僅僅停留在實(shí)驗(yàn)室水平，還需要進(jìn)一步研究，降低成本，提高材料的性能
8．鋰硫電池新突破——三維碳納米管電極結(jié)構(gòu)大大提高S含量
中科大的Song Jin等人利用微米級(jí)長(zhǎng)度的碳納米管研制了一種超厚三維石墨泡沫集流體結(jié)構(gòu)（CNT－UGF），由于使用CNT－UGF的硫電極不需要使用粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑，以及集流體，因此可以將S的含量提高到43％（2．4mg／cm2的涂布密度）。同時(shí)該中電極結(jié)構(gòu)能夠很好的抑制電極的衰降，經(jīng)測(cè)試在0．5C的倍率下，循環(huán)400次后，容量衰降率僅為0．063％／次。
Song Jin首先利用氣相沉積法合成了具有三維多孔結(jié)構(gòu)的CNT－UGF框架結(jié)構(gòu)，S正極制備是通過(guò)熔化－吸收的方式，首先將S熔化，再利用CNT－UGF將熔化的硫吸收和儲(chǔ)存。這種方法目前成本還很高，但是利用該方法制備的電極具有很強(qiáng)的通用性，例如可以制成軟包方形電池，當(dāng)然這還需要再電解液量、密封和極耳焊接工藝做出相應(yīng)的調(diào)整。
9．鋰硫電池新突破——可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的充放電循環(huán)特性
日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所與筑波大學(xué)共同開(kāi)發(fā)出了一種鋰硫電池，通過(guò)采用金屬有機(jī)骨架作為電池隔膜，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期穩(wěn)定的充放電循環(huán)特性。
研究人員并沒(méi)有采取措施防止多硫化物的溶解，而是采用以前經(jīng)常用于氣體分子的吸附與分離的“分子篩”——金屬有機(jī)骨架來(lái)限制多硫化物向負(fù)極移動(dòng)。金屬有機(jī)骨架具有亞納米到幾納米、尺寸固定的三維微孔。隔膜材料選用了微孔尺寸不能讓多硫化離子通過(guò)卻可以讓鋰離子通過(guò)的金屬有機(jī)骨架。并通過(guò)將其混入氧化石墨烯層，合成了具有柔軟性的復(fù)合金屬有機(jī)骨架膜。將復(fù)合金屬有機(jī)骨架膜用作鋰硫電池隔膜時(shí)，可以抑制被視為問(wèn)題的穿梭效應(yīng)，從而能夠防止充放電容量減少和循環(huán)特性降低。
10．有機(jī)硅在鋰電池上有新用途——聚二甲基硅烷可作為負(fù)極穩(wěn)定界面薄膜，有效提高電池壽命
南京大學(xué)朱嘉教授的課題組設(shè)計(jì)了一種改進(jìn)的聚二甲基硅氧烷（PDMS）納米孔薄膜，有效地提高并了電池的庫(kù)倫效率，在長(zhǎng)期循環(huán)后庫(kù)倫效率仍能保持在95％以上，這對(duì)于當(dāng)前鋰電池循環(huán)壽命的提高是十分有意義的。
圖：（a）PDMS薄膜改性銅箔在1mA·cm－2下LiTFSI電解質(zhì)中的庫(kù)倫效率曲線 （b）以LiFePO4為正極的全電池的循環(huán)性能曲線
這種薄膜材料能夠通過(guò)旋涂法和氫氟酸（HF）刻蝕進(jìn)行制備。同時(shí)PDMS薄膜中具有納米孔結(jié)構(gòu)，可以為鋰離子提供有效的傳輸通道；在電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中，該P(yáng)DMS薄膜能保持良好的機(jī)械、化學(xué)穩(wěn)定性，從而能夠有效地抑制鋰枝晶的形成。除此之外，該P(yáng)DMS薄膜能夠與不同的電極材料兼容。通過(guò)發(fā)展新的電解質(zhì)與PDMS保護(hù)膜協(xié)同工作，電池的電化學(xué)性能有望得到進(jìn)一步的提高，為發(fā)展高性能的鋰金屬電池提供了思路 。
11．美國(guó)研發(fā)碳氧化硅玻璃－石墨烯紙電池電極 ，可減輕電池總重量10％
美國(guó)堪薩斯州立大學(xué)工程師研發(fā)出一種類似紙一樣的電池電極，可幫助開(kāi)發(fā)出更好的太空探索或無(wú)人機(jī)工具。
該團(tuán)隊(duì)通過(guò)被稱為硅碳氧化物的玻璃陶瓷夾在化學(xué)或非化學(xué)改性的石墨烯片狀材料中，構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)的電極。此種電池電極具備很多特性：比其他電池電極輕10％之多，循環(huán)效率接近100％，超過(guò)1000次充電放電循環(huán)；制作材料成本低廉，由硅行業(yè)附屬品制成；可在零下15℃時(shí)正常工作，可廣泛應(yīng)用于航天航空領(lǐng)域。
12．中科院在高性能鋰硫電池研究獲進(jìn)展 ——S負(fù)載量達(dá)90％，創(chuàng)造了最高負(fù)載量紀(jì)錄
中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所功能高分子材料研究中心發(fā)展了一種在三維多孔碳（3DPGC）結(jié)構(gòu)中原位制備并負(fù)載硫的新方法，硫在保持納米分散的前提下，負(fù)載量達(dá)到90％，創(chuàng)造了硫的最高負(fù)載量紀(jì)錄，電極初始比容量高達(dá)1382mAhg－1；硫的原位負(fù)載還形成碳硫鍵，經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后，平均每次循環(huán)的容量衰減僅為0．039％，達(dá)到了當(dāng)前的最高循環(huán)穩(wěn)定性。
圖：3D S＠ PGC復(fù)合物形貌和元素分布：（a－c）為在不同放大倍數(shù)下的SEM圖片，（d－f）為T(mén)EM圖片及對(duì)應(yīng)形貌中C和S的分布
這一材料在提高硫的負(fù)載及利用效率的同時(shí)，還提高了電極材料的充放電循環(huán)穩(wěn)定性，為新一代鋰離子電池電極材料的設(shè)計(jì)開(kāi)拓了新思路。
13．中科院發(fā)現(xiàn)新型限硫載體石墨化碳納米籠用于高倍率長(zhǎng)壽面鋰硫電池
中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所郭玉國(guó)教授課題組開(kāi)發(fā)出一種獨(dú)特的石墨化碳納米籠結(jié)構(gòu)的sp2型碳材料，并將其作為硫載體，應(yīng)用在高倍率長(zhǎng)壽命鋰硫電池。
該碳材料具有三維夾層結(jié)構(gòu)，由石墨烯作為骨架，周圍包覆sp2型碳層，碳層中嵌有石墨化碳納米籠結(jié)構(gòu)單元。該石墨化碳納米籠由幾層石墨化sp2碳包圍形成，內(nèi)部空腔直徑約為3～5 nm。采用溶液法將納米硫負(fù)載入石墨化碳籠單元內(nèi)。該結(jié)構(gòu)作為活性硫的微型電化學(xué)反應(yīng)器具有較大的孔體積，在高硫負(fù)載量（77wt％）情況下，不僅可以實(shí)現(xiàn)納米硫的高效分散、充分發(fā)揮其電化學(xué)活性，還可以有效抑制多硫化鋰的溶解穿梭，改善鋰硫電池的循環(huán)性能。此外，石墨烯骨架和高度石墨化的納米碳籠共同組建了一個(gè)高導(dǎo)電、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的三維sp2碳導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，不僅有利于電子的高速傳輸，同時(shí)可保證正極結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。與此同時(shí)，該電極材料具有優(yōu)異的高倍率性能。
該石墨化碳納米籠結(jié)構(gòu)的提出，為新型硫碳復(fù)合電極材料的合理設(shè)計(jì)開(kāi)拓了新思路，并為開(kāi)發(fā)高循環(huán)性能、高倍率性能鋰硫電池以及其它高效儲(chǔ)能器件開(kāi)辟了新的途徑。
14．四川大學(xué)研發(fā)出石墨烯包覆LiMn0．5Fe0．5PO4材料，可提高了電池多方面性能
四川大學(xué)的Wei Xiang等通過(guò)前向法合成了石墨烯包覆磷酸鐵錳鋰材料。
他們首先利用共沉淀法在氧化石墨烯溶液中合成了氧化石墨烯包覆納米Li3PO4材料，然后利用溶劑熱法，在乙二醇溶液中使該前驅(qū)體與Mn2＋和Fe2＋反應(yīng)，獲得LiMn0．5Fe0．5PO4材料，然后氧化石墨烯被還原成為石墨烯，該材料繼承了前驅(qū)體Li3PO3的形貌，其顆粒直徑僅有20nm左右，極大的縮短了Li＋的擴(kuò)散距離，石墨烯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予了該材料良好的導(dǎo)電性能。通過(guò)該方法合成的石墨烯包覆納米LiMn0．5Fe0．5PO4材料，克服了材料導(dǎo)電性差，Li＋擴(kuò)散困難的問(wèn)題，改善了材料的倍率性能，提高了材料的能量密度。目前該方法存在最大的問(wèn)題是石墨烯成本過(guò)高，拉高了整個(gè)材料的成本 。
15．新發(fā)現(xiàn)！黑磷改性隔膜可用于限制鋰硫電池中多硫的擴(kuò)散
崔屹課題組將黑磷納米片沉積在商用聚丙烯隔膜的表面，以通過(guò)物理吸附和化學(xué)鍵合的方式增強(qiáng)隔膜對(duì)多硫化物的阻礙作用。
圖：（a）Li?S紐扣電池的結(jié)構(gòu)示意圖（左）用商業(yè)隔膜（右）用BP包覆的隔膜。（b）BP包覆層在Li?S電池中的工作原理。
首先通過(guò)液相剝離法制備黑磷納米片。將黑磷分散在NMP中，超聲10小時(shí)，離心，去除沉淀，得到上清液。將上清液和PVDF混合，真空抽濾到隔膜上，60℃下干燥8小時(shí)。因?yàn)楹诹滓妆谎趸?，所以上述過(guò)程都在真空烘箱或手套箱中進(jìn)行。最后，將黑磷覆蓋的隔膜壓成片，沖成圓片以備裝電池。電池的正極為S，SP，PVDF以8：1：1的比例混合制成。黑磷改性后的隔膜用于鋰硫電池中，100圈循環(huán)后容量保持率為86％，而石墨烯改性后的隔膜對(duì)應(yīng)的電池的容量保持率僅為66％。黑磷的應(yīng)用為提高鋰硫電池的性能打開(kāi)了新的大門(mén) 。
16．合肥工業(yè)大學(xué)在高性能負(fù)極材料方面取得新進(jìn)展
合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院從懷萍教授研究組與俞書(shū)宏教授研究組，在具有微納等級(jí)結(jié)構(gòu)的宏觀組裝體材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及高性能鋰離子電池負(fù)極材料的制備方面取得了新進(jìn)展。
圖：（a）NG－MoS2復(fù)合材料的制備示意圖，（b）NG－MoS2的“薄膜－泡沫－薄膜”分級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖，以及（c）NG納米片雙面負(fù)載納米MoS2的三明治結(jié)構(gòu)示意圖
該研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了一種自支撐型二硫化鉬－石墨烯復(fù)合薄膜的自組裝設(shè)計(jì)和放大制備。該薄膜基本結(jié)構(gòu)單元包括氮摻雜石墨烯（NG）和蜂窩狀納米MoS2（NG－MoS2，圖a），并自頂向下呈現(xiàn)“薄膜－泡沫－薄膜”的宏觀－微觀－納觀分級(jí)結(jié)構(gòu)（圖b，c）。用于鋰離子電池負(fù)極材料時(shí)，這種新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)既可保證復(fù)合材料具有較高的壓實(shí)密度，又可保證鋰離子和電子在材料內(nèi)部的快速輸運(yùn)，同時(shí)還能容納硫化物材料在嵌脫鋰過(guò)程中的體積變化。
鑒于MoS2相比石墨等傳統(tǒng)鋰電負(fù)極材料在容量方面的顯著優(yōu)勢(shì)，這種NG－MoS2復(fù)合負(fù)極材料預(yù)期將在以下一代鋰離子電池為代表的儲(chǔ)能系統(tǒng)中展現(xiàn)良好的應(yīng)用前景，并有助于發(fā)展面向未來(lái)的可持續(xù)能源技術(shù) 。
17．科學(xué)家實(shí)現(xiàn)鋰金屬電池固態(tài)電解質(zhì)從疏鋰到親鋰的蛻變
Luo等通過(guò)在石榴石型固態(tài)電解質(zhì)表面沉積硅層，實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)表面從疏鋰到親鋰的轉(zhuǎn)變，減小固－固界面電阻，對(duì)提高鋰金屬電池的安全穩(wěn)定性有重要意義。
圖：從疏鋰到親鋰的轉(zhuǎn)變，減小界面電阻
實(shí)驗(yàn)以Nb、Ca共摻雜Li7La3Zr2O12為研究體系，制備Li6．85La2．9Ca0．1Zr1．75Nb0．25O12（LLZ）固態(tài)電解質(zhì)。其中Nb可穩(wěn)定立方相，增強(qiáng)鋰離子傳導(dǎo)；Ca可降低燒結(jié)溫度。通過(guò)PECVD在表面沉積很薄的硅層，可使界面電阻減小7倍，并保持穩(wěn)定的循環(huán)性能。該團(tuán)隊(duì)還通過(guò)理論計(jì)算對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行論證。該工作提出通過(guò)沉積親鋰金屬可有效降低固態(tài)電解質(zhì)－電極界面電阻，對(duì)提高鋰金屬電池的安全性具有指導(dǎo)意義。
18．科學(xué)家制備出三明治結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)，可成為抑制鋰枝晶的新途徑
Weidong Zhou等人將有機(jī)、無(wú)機(jī)固態(tài)兩種電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，制備三明治結(jié)構(gòu)（polymer／ceramic／polymersandwich electrolyte， PCPSE）固態(tài)電解質(zhì)，并通過(guò)全固態(tài)鋰離子電池驗(yàn)證其有效性。
圖：（a）使用PCPSE電解質(zhì)的全固態(tài)電池設(shè)計(jì)的示意圖。 （b）聚合物CPMEA的結(jié)構(gòu)。
實(shí)驗(yàn)選用CPMEA（poly（ethyleneglycol） methyl etheracrylate）作為聚合物層，Li1．3Al0．3Ti1．7（PO4）3（LATP）作為陶瓷層。Li／LiFePO4全固態(tài)電池測(cè)試結(jié)果表明，與純聚合物電解質(zhì)相比，該三明治結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)可提高鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，也證明該P(yáng)CPSE可有效抑制鋰枝晶生長(zhǎng)，對(duì)固態(tài)電解質(zhì)和全固態(tài)鋰離子電池、鋰金屬電池的研究具有指導(dǎo)意義 。
19．超強(qiáng)鋰氧電池面市 電動(dòng)車?yán)m(xù)航里程或翻倍
麻省理工主導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)日前公布了新研發(fā)的鋰氧電池，由于具備更輕的重量、使用固態(tài)氧元素并且自帶防止過(guò)度充電機(jī)制，其較鋰空氣電池具有明顯優(yōu)勢(shì)，有望在電動(dòng)汽車領(lǐng)域推廣，解決續(xù)航里程以及電池安全問(wèn)題。
新的納米鋰陰極電池同樣利用了氧元素和鋰的作用。區(qū)別在于，放電時(shí)，氧不會(huì)再以氣體形式釋放，而是被封閉在固體中。具體來(lái)說(shuō)，氧以三種氧化還原態(tài)被封閉在三種固體化合物中——Li2O，Li2O2和LiO2，這三種物質(zhì)又被包繞在二氧化鈷玻璃里。這么做的好處就是，將納米鋰陰極電池將充放電時(shí)的電壓差降低了5倍，只有8％的能量在充電時(shí)以熱能形式損失。這意味著可以對(duì)汽車電池以更快的速度充電而不必?fù)?dān)心過(guò)熱起火。此外，還自帶防過(guò)充電功能，因?yàn)殡姵刂械幕瘜W(xué)反應(yīng)會(huì)通過(guò)負(fù)反饋?zhàn)晕艺{(diào)節(jié)，當(dāng)電充滿時(shí)，反應(yīng)自動(dòng)停止。新電池的更大優(yōu)勢(shì)在于它無(wú)需使用昂貴的稀有材料。該電池的碳酸鹽電解質(zhì)非常便宜。此外，二氧化鈷玻璃比納米鋰顆粒輕50％。因此，與鋰－空氣電池比較，新電池非常便宜，安全，且有大規(guī)模應(yīng)用的潛力。
20．核殼材料Li（NixMnyCoz）O2＠LiFePO4鋰電池正極材料，其對(duì)稱的Li＋通道能提高其高電壓循環(huán)穩(wěn)定性
北京大學(xué)深圳研究生院潘峰教授團(tuán)隊(duì)以NMC為核，用納米級(jí)（010）晶面導(dǎo)向的LiFePO4（nano－LFP）對(duì)其進(jìn)行表層包覆，這種基于nano－LFP包覆NMC材料的鋰離子半電池當(dāng)充放電電壓在3．0V～4．6V間時(shí)長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中展現(xiàn)出了高度可逆性和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，比一般的NMC材料耐受電壓更高。
圖：NMC＠LFP正極材料的合成過(guò)程示意圖
這種無(wú)機(jī)包覆在可逆容量利用和長(zhǎng)期循環(huán)穩(wěn)定性方面的提高顯示了在改進(jìn)NMC基材料的固有不足上是一種有效的方法，有望在電動(dòng)汽車上展開(kāi)實(shí)際應(yīng)用。
