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　　全球各大院校電池技術(shù)最新研發(fā)動態(tài)

　　1,美國德克薩斯大學(xué)達拉斯分校與韓國首爾國立大學(xué)

　　關(guān)鍵詞：錳基鈉離子、鋰電池

　　美國德克薩斯大學(xué)達拉斯分校(UniversityofTexas，Dallas)與韓國首爾國立大學(xué)(SeoulNationalUniversity)共同研發(fā)出一款全新電池，其采用錳基鈉離子(manganeseandsodium-ion-basedmaterial)材料。該材料或?qū)⒔档碗姵爻杀?，且生態(tài)環(huán)保性更佳，所制成的電池可供電動車使用。

　　他們采用鈉取代了陽極內(nèi)占比最大的材料——鋰，并用錳取代價格更為昂貴、儲量更為稀缺的鈷和鎳。該研究團隊采用了合理的原材料配比并攻克了上述技術(shù)難題。他們先采用了計算機模擬，進而測定了電池達到最佳性能時各原子的配置，然后在實驗室內(nèi)進行了大量的材料測試直至研發(fā)成功。

　　2,麻省理工學(xué)院(MIT)

　　關(guān)鍵詞：固態(tài)電池、鋰滲透、固態(tài)電解質(zhì)、表面光滑度

　　據(jù)外媒報道，麻省理工大學(xué)(MIT)的研究人員與德國的同行們共同提出，若采用表面光滑的固態(tài)電解質(zhì)(solidelectrolyte)，可防止有害的鋰滲透(Liinfiltration)現(xiàn)象出現(xiàn)，進而提升固態(tài)鋰離子電池的性能。據(jù)新分析表明，表面的光滑度才是該問題的關(guān)鍵所在，電解質(zhì)表面的細微裂紋及劃痕將導(dǎo)致金屬物的積聚。

　　在發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)(electrochemicalreaction)后，來自電解質(zhì)的鋰(離子)將開始積聚到其表面細微瑕疵(包括：細微的凹點、裂痕、劃痕)處。一旦鋰離子開始在瑕疵處形成積聚，這一情況將會持續(xù)下去。

　　這表明研究人員需要將研究重心放在提升固態(tài)電解質(zhì)表面的光滑度，這樣或?qū)⑾驑O大地減少電池固態(tài)電解質(zhì)樹突的生成數(shù)量。為避免產(chǎn)生易燃問題，或許未來還會采用固態(tài)鋰金屬電極。此外，該舉措或?qū)⑹逛囯x子電池的能量密度翻番。

　　3,東京工業(yè)大學(xué)

　　關(guān)鍵詞：無鍺固態(tài)電解質(zhì)、全固態(tài)電池的優(yōu)勢、優(yōu)化LGPS框架結(jié)構(gòu)提升性能

　　東京工業(yè)大學(xué)(TokyoInstituteofTechnology)的研究人員研發(fā)了一項新技術(shù)方案——無鍺固態(tài)電解質(zhì)，可降低固態(tài)鋰電池的成本，并致力于將該項技術(shù)應(yīng)用到電動車、通信及其他行業(yè)中。

　　無鍺固態(tài)電解質(zhì)

　　該研究團隊在在美國化學(xué)會(ACS)期刊——《材料化學(xué)(ChemistryofMaterials)》上發(fā)表了論文，其技術(shù)方案為：采用錫與硅替代固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)的鍺(germanium)元素，因為上述兩項材料的化學(xué)穩(wěn)定性更強。相較于液態(tài)電解質(zhì)，新材料提升了鋰離子的導(dǎo)電率。在談?wù)撈溲芯砍晒麜r，RyojiKanno與他的同事表示：“這款固態(tài)電解質(zhì)不含鍺，未來或許所有固態(tài)電池都會采用該電解質(zhì)?！?/p>

　　全固態(tài)電池LiCoO2/LGPS/In-Li采用LGPS電解質(zhì)，其充放電性能相當(dāng)出色。然而，鍺元素價格相對較貴，或?qū)⑾拗芁GPS材料的廣泛應(yīng)用。在設(shè)計鋰離子導(dǎo)體時，晶體結(jié)構(gòu)類型也是一項重要因素。未來，硅基及錫基的無鍺材料均可能被用作為固態(tài)電解質(zhì)并得到實際應(yīng)用。

　　全固態(tài)電池的優(yōu)勢

　　相較于采用鋰離子導(dǎo)電液體的常見鋰離子電池，未來的全固態(tài)電池擁有以下優(yōu)勢：安全性及可靠性得到提升，儲能量較高、使用壽命更長。

　　超離子導(dǎo)體(superionicconductors)——固態(tài)晶體(solidcrystals)的研究發(fā)現(xiàn)提升了鋰離子的移動速率，進而促進這類電池的研發(fā)進展，但這款前景較好的設(shè)計卻一度依賴于對稀有金屬鍺的應(yīng)用，由于其價格過于昂貴，無法實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

　　優(yōu)化LGPS框架結(jié)構(gòu)提升性能

　　在最近發(fā)布的一篇論文中，研究人員保留了相同的LGPS框架結(jié)構(gòu)，對錫、硅及其他成分的原子的速率及位置分布進行了精密調(diào)整。其研究成果LSSPS材料(成分：Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12(Li3.45[Sn0.09Si0.36]P0.55S4))在室溫下的鋰離子導(dǎo)電性為1.1x10-2Scm-1，幾乎接近最初的LGPS結(jié)構(gòu)的性能。

　　盡管還需要進行進一步的調(diào)整，研究人員可根據(jù)其不同的用途來優(yōu)化材料性能，為降低生產(chǎn)成本帶來了新希望，且不必犧牲材料的性能。

　　4,肯塔基大學(xué)(UniversityofKentucky)與中國研究團隊

　　關(guān)鍵詞：硅基氧化物陽極、非黏合性硅基氧化物/碳復(fù)合物、微型SiOx/C芯殼(core–shell)復(fù)合物

　　在充電周期內(nèi)，當(dāng)電芯里的硅在與鋰交互時，其膨脹收縮可達300%。而隨著時間的推移，它會明顯降低電池的性能、短路、并最終導(dǎo)致電池報廢。為改進上述缺點并大體維持電池的能量密度，目前采用一氧化硅(SiOx，x≈1)來制作鋰離子電池的陽極。

　　硅基氧化物陽極的應(yīng)用

　　硅基氧化物的可逆比容量(reversiblespecificcapacity)較高，循環(huán)性能也有所提升。然而，該材質(zhì)仍不可避免地出現(xiàn)體積改變，且導(dǎo)電性弱。如今，中國和美國的研究團隊各自發(fā)表了研究結(jié)果，找到了兩種新的改進方法。

　　美國團隊的研究成果：非黏合性硅基氧化物/碳復(fù)合物

　　肯塔基大學(xué)(UniversityofKentucky)研究團隊將硅基氧化物顆粒物與硫酸鹽木質(zhì)素(Kraftlignin)混合后，合成了一種高性能的非黏合性硅基氧化物/碳復(fù)合物(binder-freeSiOx/C)，用于制作鋰離子電池的電極。經(jīng)熱處理后，木質(zhì)素形成一種導(dǎo)電體(conductivematrix)，可容納大量的硅基氧化物顆粒，確保電子導(dǎo)電率(electronicconductivity)、連接性、適應(yīng)鋰化/脫鋰反應(yīng)(lithiation/delithiation)期間的體積變動。該材質(zhì)無需采用常規(guī)的粘合劑或?qū)щ妱?/p>

　　該復(fù)合材質(zhì)制作的電極的性能表現(xiàn)極為出色。相較于體積變化率相對較小的硅基氧化物電極(160%)而言，其機械電化學(xué)性能較為出色，木質(zhì)素碳素矩陣(carbonmatrix)的彈性較大，可適應(yīng)體積變動。

　　中國團隊的研究的成果：微型SiOx/C芯殼(core–shell)復(fù)合物

　　中國研究團隊則研發(fā)了一款高效的解決方案，制備微型SiOx/C芯殼(core–shell)復(fù)合物。該研究團隊將檸檬酸(citricacid)與經(jīng)球磨而制的硅基氧化物相混合使其碳化，隨后就獲得了一款質(zhì)地均勻的SiOx/C芯殼復(fù)合物——SiOx微芯與檸檬酸碳殼(conformalcarbonshell)。

　　碳殼大幅提升了硅基氧化物的電導(dǎo)率，緩和了適應(yīng)鋰化/脫鋰反應(yīng)期間的體積變化。采用SiOx/C復(fù)合物制作的電極，其可逆比容量為1296.3mAh/g，庫倫效率(coulombicefficiency)高達99.8%，充放電200次后，容量保持率在65.1%(843.5mAh/g)。

　　據(jù)該研究團隊透露，該復(fù)合物的放電效能極為出色，該方法可實現(xiàn)批量生產(chǎn)，具有成本效益，可大批量生產(chǎn)由SiOx/C復(fù)合物制作的高性能陽極材料。

　　5,美國德雷塞爾大學(xué)(DrexelUniversity)與中國團隊

　　關(guān)鍵詞：MXene材料、“近即時(near-instant)”充電、超級電容器

　　據(jù)外媒報道，美國德雷塞爾大學(xué)(DrexelUniversity)的材料科學(xué)與工程學(xué)專業(yè)的研究員們與法國、以色列研究人員共同設(shè)計了新款鋰電池電極，或許未來電動車的充電耗時只需短短數(shù)秒。

　　新款鋰離子電池電極簡介

　　新款鋰電池的電極采用了一款名為MXene的二維材料，其導(dǎo)電性高。據(jù)研究團隊透露，未來新款鋰電池或許能實現(xiàn)電動車的“近即時(near-instant)”充電。

　　研究員Gogotsi在一份聲明中宣稱：“我們抽取了薄薄的一層MXene電極，用于演示充電速率，整個充電過程只需數(shù)十毫秒。這主要得益于MXene材質(zhì)的超高導(dǎo)電性，為未來研發(fā)超快速儲能設(shè)備鋪平了道路，未來鋰電池的充放電耗時將僅需數(shù)秒，且所儲存的電能要遠高于常規(guī)的超級電容器?！?/p>

　　MXene材質(zhì)簡介

　　MXene是一款扁平的納米材料，于2011年被德雷塞爾大學(xué)材料科學(xué)與工程系的研究人員所發(fā)現(xiàn)，其外觀酷似三明治，由氧化物與導(dǎo)電的碳及金屬填充物構(gòu)成，而氧化物相當(dāng)于三明治中的面包，將填充物夾在中間。在材料制造過程中，研究人員將采用層壓法來制作MXene。

　　MXene材質(zhì)電極的弊端及改進

　　為使MXene的鋰離子能自由移動，研究人員對其結(jié)構(gòu)進行了一定的調(diào)整。研究人員將MXene與水凝膠(hydrogel)相混合，改變了其結(jié)構(gòu)，使鋰離子能自由移動。

　　YuryGogotsi表示：“理想的電極架構(gòu)是多通道結(jié)構(gòu)(multi-lane)，以便鋰離子高速移動。研究團隊研發(fā)的大孔隙電極設(shè)計恰好實現(xiàn)了該目標(biāo)，使充電過程短短數(shù)秒內(nèi)完成。”

　　MXene電極的未來展望

　　Gogotsi表示，采用MXene作為電極材料的最大好處在于其導(dǎo)電性。但研究團隊也承認(rèn)，該電極材料及相關(guān)技術(shù)看似頗具前景，但目前仍不確定試制成功并用于車輛后的實際情況，但他們表示，一旦應(yīng)用到車輛及手機中，將徹底顛覆當(dāng)前所用的電池。

　　6,慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TechnicalUniversityofMunich，TUM)

　　關(guān)鍵詞：磷酸鈷鋰陰極、微波合成法

　　據(jù)外媒報道，慕尼黑工業(yè)大學(xué)(TechnicalUniversityofMunich，TUM)研發(fā)了一項新工藝，用于生產(chǎn)高壓陰極材料磷酸鈷鋰(lithiumcobaltphosphate)，使其生產(chǎn)更為快捷、方便，且價格便宜、品質(zhì)最優(yōu)，進一步提升了電動車車載電池的性能。

　　TUM研究員JenniferLudwig博士研發(fā)了微波合成法(microwavesynthesis)：只需使用一個小型微波爐，再耗費0.5小時，就能生產(chǎn)出高純度的磷酸鈷鋰。首先，將溶劑放入聚四氟乙烯(Teflon)容器內(nèi)，加入試劑后用微波爐加熱。微波爐的功率無需太高，只要600瓦就夠用了，所需的反應(yīng)溫度在250℃，在該條件下可觸發(fā)結(jié)晶反應(yīng)。

　　JenniferLudwig闡明了反應(yīng)機理，分離出化合物，并確定其結(jié)構(gòu)及特性。由于新的化合物不適合作為電池材料，她修改了該反應(yīng)條件，從而只生成其所需的磷酸鈷鋰。

　　JenniferLudwig的研究工作獲得了寶馬的支持，她與勞倫斯伯克利國家實驗室(LawrenceBerkeleyNationalLaboratory，LBNL)、斯坦福同步加速器輻射光源(StanfordSynotronRadiationLightsource，SSRL)及Walther-Meiner-Institut(WMI)共同開展該項研究合作。

　　7,弗吉尼亞州立邦聯(lián)大學(xué)(VCU)

　　關(guān)鍵詞：固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電率、鋰超離子導(dǎo)體

　　Li3SBF4晶體結(jié)構(gòu)示意圖

　　據(jù)外媒報道，弗吉尼亞州立邦聯(lián)大學(xué)(VirginiaCommonwealthUniversity，VCU)研究人員設(shè)計了新款鋰超離子導(dǎo)體(lithiumsuperionicconductor)，其鋰離子導(dǎo)電性可媲美有機電解液(organicliquidelectrolytes)。

　　研究人員在論文中宣稱，基于團簇(Cluster)的鋰離子超導(dǎo)體的導(dǎo)電性極高，室溫下為0.01S/cm到0.1S/cm以上，而活化能(activationenergy)較低，低于0.210eV，能帶間隙(bandgap)為8.5eV。此外，其機械性能表現(xiàn)也極為出色，彈性十足，可抑制鋰樹突的增多。

　　Li3SBF4材料的物理模型

　　在鋰離子電池中，帶正極的鋰離子通過電解質(zhì)進行流動。固態(tài)電解質(zhì)可提升安全性、能量值及能量密度。然而，鋰離子卻在液態(tài)電解質(zhì)內(nèi)卻能自由流動。鋰離子在固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)的流動性較差，對導(dǎo)電性產(chǎn)生不利影響。

　　為提升固態(tài)電解質(zhì)的導(dǎo)電性，研究人員制作了一款計算模型，可去除單個負離子。負離子團簇將取代空缺的離子，前者是原子團簇，其所帶電子(electrons)要多于質(zhì)子(protons)。

　　VCU研究團隊的方弘(HongFang)博士和PuruJena教授實現(xiàn)了特定固態(tài)電解質(zhì)扭曲(twist)的具象化，前者由其他人員進行過測試。最初，該電解質(zhì)歸屬于反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(antiperovskite)的晶族(familyofcrystals)，其所含的正離子由三個鋰原子級一個氧原子構(gòu)成，正離子與單個氯原子相結(jié)合，因為后者是負離子。

　　在運算建模中，他們用一個負離子取代了氯原子，該負離子由一個硼原子和四個氟原子組成。

　　Li3S(BF4)0.5Cl0.5的晶體結(jié)構(gòu)示意圖

　　據(jù)其研究發(fā)現(xiàn)，鋰超離子導(dǎo)體Li3SBF4與Li3S(BF4)0.5Cl0.5大體上擁有成為理想固態(tài)電解質(zhì)的潛質(zhì)。

　　Li3SBF4的能帶間隙為8.5eV，RT導(dǎo)電性為0.01S/cm，活化能為0.210eV，形成能(formationenergy)相對較小，機械性能也很理想。而Li3S(BF4)0.5Cl0.5的RT導(dǎo)電性大于0.1S/cm，活化能為0.176eV。

　　兩位專家共同致力于在實驗室內(nèi)測試其計算模型，旨在探究鋰離子電池應(yīng)用的最終形態(tài)。

　　8,上海復(fù)旦大學(xué)能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心

　　關(guān)鍵詞：富鋰陰極、非石墨烯化、硬碳、預(yù)鋰化硬碳

　　上海復(fù)旦大學(xué)能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心的研究人員采用了耐寒型硬碳陽極及功能強大的富鋰陰極(lithium-richcathode)?！胺鞘┗?Non-graphitizable)”或“硬(hard)”碳是電池內(nèi)的一款低成本電極材料，且頗具市場前景。即使在低溫下，可展現(xiàn)其快速的嵌鋰能力(intercalationkineticsoflithiumions)。在電池充放電期間，鋰離子可通過電解質(zhì)從陽極移動至陰極，反之亦然。

　　現(xiàn)已證實，預(yù)鋰化硬碳(Prelithiatedhardcarbon)是一款功能強大的鋰離子電容器材料。然而，預(yù)鋰化工藝很復(fù)雜，也很費錢，其涉及到純鋰電極。

　　研究人員引入了一款富鋰釩磷酸釩(lithium-richvanadiumphosphate)陰極，可用于鋰化及常規(guī)電池操作。在首次充電過程中，鋰離子會嵌入并存儲。然后，研究人員結(jié)合利用了鋰離子減少的磷酸釩陰極與預(yù)鋰化硬碳陽極(LixC)，從而形成鋰離子電池工作系統(tǒng)。據(jù)研究人員解釋，該款電池保留了常規(guī)鋰離子電池的高能量密度，同時還展現(xiàn)了類似超級電容的的高電量及長使用壽命。

　　此外，在零下40攝氏度下，其電量保有量占到總量的2/3。相較之下，常規(guī)鋰電池的電量保有量只有10%。這主要得益于磷酸釩陰極的天然特性及預(yù)鋰化硬碳陽極的快速反應(yīng)動力學(xué)。目前，研究人員還在進行進一步測試，從而提升該款電化學(xué)電池的其他參數(shù)。

　　但該款產(chǎn)品存在一個瑕疵，在極寒條件下，其電解質(zhì)將喪失導(dǎo)電性。若能解決該問題，該電池系統(tǒng)或許能提供具有吸引力的產(chǎn)品設(shè)計，實現(xiàn)其最佳性能，提升電動車電池的抗寒能力。

　　9,滑鐵盧大學(xué)

　　關(guān)鍵詞：鋰金屬、磷、硫、電解液

　　滑鐵盧大學(xué)的新研究或?qū)⑹闺姵匮邪l(fā)取得突破性進步，使電動車?yán)m(xù)航里程數(shù)翻三倍。該項技術(shù)突破包括：采用鋰金屬制作的負極，該材料或?qū)⒋蠓嵘姵氐膬δ堋?/p>

　　儲能或能量密度的提升或?qū)⑹闺妱榆嚨睦m(xù)航里程數(shù)從200公里飆升至600公里。在創(chuàng)建該項技術(shù)時，Pang及其同事們不得不克服兩項技術(shù)難題。

　　研究人員向電池的電解液內(nèi)加入了磷及硫等化學(xué)物質(zhì)，同時克服了上述兩項難題。該化學(xué)物將同電池內(nèi)的鋰金屬電極發(fā)生反應(yīng)，研究人員還為該電池電極涂覆了極薄的保護層。

　　該方法提升了電池性能，發(fā)揮了鋰金屬電極的優(yōu)點，提升了電池的儲能容量，在不犧牲安全性或降低電池使用壽命的前提下，大幅提升了電池的續(xù)航里程數(shù)。

　　10,美國橡樹嶺國家實驗室

　　關(guān)鍵詞：電極裂縫

　　美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的研究人員提出了新的鋰離子電池設(shè)計理念，其電機內(nèi)部存在裂縫，可在汽車事故中避免電池故障風(fēng)險。

　　該設(shè)計理念或?qū)⒃试S電池制造商按比例縮小外殼材料，這類材料通常可防止電動車出現(xiàn)機械損壞，提升整體能量密度及成本。該團隊對樣品進行了壓力測試，利用大金屬球按壓標(biāo)準(zhǔn)鋰離子電池。在按壓該款電池后，其外形酷似番茄，但其電池容量依舊能達到初始值的93%。若換作標(biāo)準(zhǔn)電池，同等傷害會導(dǎo)致電池充分放電并出現(xiàn)故障。

　　對于該款重新設(shè)計的電池而言，電極的裂縫制作只會增加少量制造成本，并不要求對該款電池進行大幅改動，該團隊認(rèn)為未來該技術(shù)的應(yīng)用規(guī)模將擴大。然而，目前還需要做更多的測試。

　　11,加州大學(xué)河濱分校(URC)伯恩斯工程學(xué)院

　　關(guān)鍵詞：硅硫燃料電池架構(gòu)、硅硫燃料電池

　　據(jù)外媒報道，加州大學(xué)河濱分校(UniversityofCalifornia，Riverside，URC)伯恩斯工程學(xué)院(BournsCollegeofEngineering)的研究人員研發(fā)了新技術(shù)，利用硫電極及硅電極制造了高性能的鋰離子電池。

　　該款硅硫燃料電池(SSFC)架構(gòu)逐步將受控純鋰離子整合到電池系統(tǒng)中，在C/10條件下，充放電250次后，其能量密度仍高達350Wh/kg。

　　研究人員采用了納米硅結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電劑(conductiveadditives)及粘合劑(binders)等方法，最終解決了上述問題，為燃料電池制備了硫陰極及硅陽極。

　　目前，研究人員利用硫化鋰(lithiumsulfide)或硅化鋰等預(yù)鋰化(pre-lithiated)材料，使燃料電池的能量密度高達600Wh/kg。然而，這類燃料電池的充放電次數(shù)通常很短，一般不足50次，且該類材料還需要采用專用設(shè)備，在加工時也存在諸多限制條件。

　　為創(chuàng)建新架構(gòu)的SSFC，該團隊在傳統(tǒng)燃料電池架構(gòu)的技術(shù)上新增了一片鋰箔(lithiumfoil)，使鋰箔能與集電器(currentcollector)發(fā)生接觸，在充放電時將鋰箔整合到燃料電池體系中，從而控制鋰離子的嵌入量。

　　在半電池(halfcells)中，將采用純鋰作為陽極材料，這將引起用戶對枝狀晶體生長(樹突形成，dendriteformation)及鋰腐蝕等安全性問題的擔(dān)憂。在全電池(full-cell)模式下，可用硅來制作陽極，可緩解因純鋰陽極所引發(fā)的安全問題，同時確保燃料電池獲得所需的高電量。

　　該方法使得受控的鋰載荷可彌補固體電解質(zhì)界面膜(SEI)形成及鋰降解，提升燃料電池的循環(huán)壽命(cyclelife)。此外，該電池還采用了交流阻抗(EIS)、循環(huán)伏安法(CV)及恒電流間歇滴定法(GITT)等多種方法。該研究將為未來的硅硫燃料電池的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。

　　12,亞利桑那州立大學(xué)(ASU)

　　關(guān)鍵詞：陶瓷、鋰離子電池

　　亞利桑那州立大學(xué)(ASU)的專家Chan提出用陶瓷來替代易燃的電解液，大部分安全問題都是由于短路引起的，電解液易著火，并引起氣體散發(fā)及材料降解等連鎖反應(yīng)。

　　最重要的安全措施在于：避免鋰離子相關(guān)電子設(shè)備的過充或過熱。若將電池暴露在高溫環(huán)境下，將導(dǎo)致電池壽命縮短。團隊正在探索將具有鋰離子導(dǎo)電性的陶瓷納米材料與聚合物相融合，旨在獲得理想的固態(tài)電解質(zhì)，并確保其良好的機械性能、較高的鋰離子導(dǎo)電性及提升其安全性能。

　　13,美國化學(xué)學(xué)會期刊(ACSjournal)《納米快報》

　　關(guān)鍵詞：空腔二氧化硅微球結(jié)構(gòu)、非均質(zhì)結(jié)構(gòu)、復(fù)合微型籠式結(jié)構(gòu)

　　美國化學(xué)學(xué)會期刊(ACSjournal)《納米快報》發(fā)表了一篇論文，研究人員采用空腔二氧化硅微球(hollowsilicamicrospheres)結(jié)構(gòu)，用于容納鋰離子，其碳納米管內(nèi)心可抑制枝晶生長(dendritegrowth)。由于枝晶生長被抑制，在進行200多次充放電后，其電極仍能保持高速鍍/汽提效率高達99%。

　　最近，業(yè)內(nèi)提議采用電解液添加劑(electrolyteadditives)、穩(wěn)定的界面層(stableinterfaciallayers)及修飾電極(modifiedelectrodes)等多種方式，旨在解決鋰金屬陽極的關(guān)鍵性問題?，F(xiàn)已證實，利用架構(gòu)調(diào)整鋰枝晶積聚是最高效的方式。

　　盡管非均質(zhì)結(jié)構(gòu)(heterogeneousstructure)在調(diào)節(jié)沉積行為(depositionbehavior)中發(fā)揮著重要作用，但鋰金屬的精細管控機制受限于電泳條件(depositionconditions)，如：沉積性能(depositioncapacity)及電流密度(currentdensity)。因此，若沉積性能過高，需要改進該款非均質(zhì)結(jié)構(gòu)，需要引導(dǎo)，使其均勻沉淀法。

　　該團隊設(shè)計了復(fù)合微型籠式結(jié)構(gòu)(compositemicrocage)，搭配碳納米管內(nèi)芯(carbonnanotubecore)及多孔硅護層(poroussilicasheath)。復(fù)合微型籠式結(jié)構(gòu)可容納鋰金屬，其非均質(zhì)結(jié)構(gòu)可被用作鋰離子捕獲器(trapper)。

　　在實驗過程中，研究團隊發(fā)現(xiàn)能高效地截留鋰金屬，其電化學(xué)性能(electrochemicalperformance)極佳。

　　15，美國萊斯大學(xué)(RiceUniversity)

　　關(guān)鍵詞：電池樹突(dendrite)、石墨烯(graphene)、碳納米管(carbonnanotubes)

　　美國萊斯大學(xué)(RiceUniversity)解決了電池樹突(晶枝，dendrite)難題，該研究難題長期困擾著電池研究人員，該大學(xué)研發(fā)的鋰金屬電池的電容量是商用鋰離子電池的三倍。

　　萊斯大學(xué)的設(shè)計團隊將鋰保存在一種獨特的陽極中，該陽極采用了新工藝，由石墨烯(graphene)與碳納米管(carbonnanotubes)混合制成。據(jù)研究人員透露，樹突等鋰離子積聚物將滲入電池的電解質(zhì)。若樹突造成陽極與陰極接觸，將導(dǎo)致短路，電池降可能因此而報廢。更有甚者，該電池將因此而起火或爆炸。

　　萊斯大學(xué)的化學(xué)家JamesTour負責(zé)主導(dǎo)該研究項目，據(jù)他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)新電池充電后，鋰金屬表面將覆有一層均勻的碳混合物(highlyconductivecarbonhybrid)，該物質(zhì)導(dǎo)電性強，碳納米管與石墨烯表面緊密粘合。

　　Tour表示，新款陽極的碳納米管簇(nanotubeforest)密度低，表面積大，有足夠的空間來安置電池充放電時游動的鋰離子顆粒。鋰金屬分布均勻，電解質(zhì)內(nèi)帶電鋰離子將擴散開來，抑制樹突的增生。

　　Tour表示：“許多人做電池研究，僅僅專注于陽極，因為針對整個電池的研究難度更大。我們?yōu)榇搜邪l(fā)了一項配套的硫基陰極技術(shù)，與第一代超高容量的鋰金屬陽極相配套。目前，研究團隊正在重新生產(chǎn)這類電池、陰極及陽極，用于中試試驗(pilotscale)，上述材料正在測試中。”

　　總結(jié)：

　　本文收錄的大部分研究機構(gòu)及院校均從新材料方面著手，期望采用新材料及工藝，提升電池的電容量，從而提升電動車的續(xù)航里程數(shù)。也有部分研究機構(gòu)從電池結(jié)構(gòu)方面入手，提升電池的電化學(xué)性能。

　　目前業(yè)內(nèi)許多公司，紛紛從陽極、陰極材料入手，一方面期望提升鋰離子的流動率，另一方面考慮更換稀土金屬，采用價格相對低廉的常規(guī)材料，降低電動車車載電池的成本，促進電動車的推廣。(文章整理自網(wǎng)絡(luò))