中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：鋰電行業(yè)要永續(xù)發(fā)展，創(chuàng)新是繞不開(kāi)的話(huà)題。而在各個(gè)公開(kāi)場(chǎng)合，倡導(dǎo)技術(shù)和材料的革新也被專(zhuān)家和企業(yè)反復(fù)的提及。雖然大學(xué)及科研院所是目前技術(shù)創(chuàng)新的主體，距離市場(chǎng)化還有一定的距離，但這些創(chuàng)新結(jié)果也給企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新指明了方向。下面，就讓我們來(lái)看看即將過(guò)去的2016年，都有那些創(chuàng)新的技術(shù)被推出，而他們對(duì)于鋰電池的發(fā)展又有那些影響：
1．鋰電池新技術(shù)使能量密度提高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。該電池采用三層電極，使用“PMMA”材料來(lái)隔絕鋰與空氣以及水分接觸，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。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％。
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。
3．鋰電池三元層狀NMC材料研究取得新進(jìn)展
北京大學(xué)深圳研究生院對(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，發(fā)現(xiàn)NMC622具有最好的高低溫的性能。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)， 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。
4．加州大學(xué)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。Mya Le Thai則發(fā)現(xiàn)，只要把納米線涂在二氧化錳上，再用類(lèi)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?！?
5．空心球包裹硫正極材料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。
6．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。不過(guò)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．中空碳微球高性能負(fù)極材料
北京理工大學(xué)研究研究人員基于介孔碳技術(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。不過(guò)，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。
8．三維碳納米管電極結(jié)構(gòu)大大提高S含量
中科大研究人員利用微米級(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。
9．有機(jī)硅在鋰電池上有新用途
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。除此之外，該P(yáng)DMS薄膜能夠與不同的電極材料兼容。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 。
10．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(lèi)似紙一樣的電池電極，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)被稱(chēng)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；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。
11．中科院鋰硫電池創(chuàng)造最高負(fù)載量紀(jì)錄
中科院理化技術(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。
12．黑磷改性隔膜提升鋰硫電池性能
科學(xué)家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。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) 。
13．超強(qiáng)鋰氧電池面市續(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)充機(jī)制，安全性更高；其較鋰空氣電池具有明顯優(yōu)勢(shì)，有望在電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域推廣，解決續(xù)航里程以及電池安全問(wèn)題。該電池的更大優(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，因此具有大規(guī)模應(yīng)用的潛力。
14、日立制作所開(kāi)發(fā)出充電一次可行駛約400公里的純電動(dòng)汽車(chē)(EV)用鋰離子電池技術(shù)
與以往的電池相比，容量增至2倍，行駛距離比目前的純電動(dòng)汽車(chē)延長(zhǎng)約4成。電極采用鎳合金等，通過(guò)實(shí)施增加厚度等改良，可以存儲(chǔ)大量電力。同時(shí)還提高了耐久性，即使反復(fù)充放電，性能也不會(huì)降低。日立表示，力爭(zhēng)將該電池在2020年實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。
15、20多種固體電解質(zhì)
近期斯坦福大學(xué)的研究員們通過(guò)人工智能以及機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，找到了20多種固體電解質(zhì)，據(jù)稱(chēng)它們?cè)谖磥?lái)有可能替代易燃電解液應(yīng)用在手機(jī)、筆記本以及其他電子設(shè)備中，旨在提高電池的安全性能。Sendek認(rèn)為固態(tài)電解質(zhì)最主要的優(yōu)點(diǎn)就是穩(wěn)定性高，而且相比于有機(jī)溶劑，固體不易爆炸和揮發(fā)，同時(shí)還會(huì)使得電池的結(jié)構(gòu)更強(qiáng)。
