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        中德科學家合作研發新型陽極材料 制成高性能且安全的鋰離子電池

        發布時間:09-09-2020

              據外媒報道,德國卡爾斯魯厄理工學院(KIT)和中國長春吉林大學的研究人員研發了一種非常有發展前景的陽極材料——具有鈣鈦礦晶體結構的鈦酸鑭鋰(LLTO),可制成高性能電池。該團隊表示,LLTO可以提高電池的能量密度、功率密度、充電速率、安全性以及循環壽命,而且無需讓材料顆粒的大小從微米降至納米。

        人們對電動汽車的需求在不斷增長,伴隨而來的是為確保能源的可持續供應,對智能電網需求的增加。而移動和靜止的儲能技術都需要合適的電池,鋰離子電池(LIB)就是能在盡可能輕且小的空間中存儲盡可能多能量的儲能設備。該項研究的目的旨在提升此類電池的能量密度、功率密度、安全性以及循環壽命。為實現此類結果,電極材料就非常重要。鋰離子電池的陽極通常由一個集電極和一種以化學鍵形式存儲能量的活性材料組成,在大多數情況下,石墨就被用作活性材料。不過,由石墨制成的陽極導致電池的充電速率很低,還會產生安全問題。而鈦酸鋰氧化物(LTO)作為替代性活性材料,已經實現了商業化,具備LTO的陽極充電速率更高,且比石墨陽極更安全,缺點在于含有氧化鈦酸鋰的鋰離子電池的能量密度較低。

        因此,該研究小組研發了另一種極有發展前景的陽極材料——具有鈣鈦礦晶體結構的鈦酸鑭鋰。據該項研究所顯示,與商業化的LTO陽極相比,LLTO陽極的電極電位更低,可讓電池擁有更高的電壓和容量,而電池的電壓和存儲容量最終可以決定電池的能量密度。未來,LLTO陽極可能可以被用于打造具有長循環壽命的安全高性能電池。

              除了能量密度、功率密度、安全性和循環壽命,電池充電速率也是決定電池是否適用于苛刻應用的重要因素。從原則上看,最大放電電流和最小充電時間取決于電池固體內部以及電極和電解質材料之間界面處的離子和電子運輸情況。為了提升充電速率,通常的做法是將電極材料的粒徑從微米減小到納米。但在該項研究中,研究人員發現,與LTO納米顆粒相比,尺寸為幾微米的鈣鈦礦結構LLTO也具有更高的功率密度以及充電速率。該團隊認為這要歸功于LLTO的贗電容特性:不僅是單個電子可以附著在此種陽極材料上,還有被弱力束縛的帶電離子也可以附著其上,并可以反過來將電荷轉移到陽極上。研究人員解釋說:“由于顆粒較大,LLTO還可以讓電極制造更簡單、更經濟。

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