中德科學(xué)家合作研發(fā)新型陽(yáng)極材料 制成高性能且安全的鋰離子電池
日期：2024-11-25 09:31:52 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：493蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院(KIT)和中國(guó)長(zhǎng)春吉林大學(xué)的研究人員研發(fā)了一種非常有發(fā)展前景的陽(yáng)極材料——具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的鈦酸鑭鋰(LLTO)，可制成高性能電池。該團(tuán)隊(duì)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(huán)壽命，而且無(wú)需讓材料顆粒的大小從微米降至納米。
(圖片來(lái)源：卡爾斯魯厄理工學(xué)院)
人們對(duì)電動(dòng)汽車的需求在不斷增長(zhǎng)，伴隨而來(lái)的是為確保能源的可持續(xù)供應(yīng)，對(duì)智能電網(wǎng)需求的增加。而移動(dòng)和靜止的儲(chǔ)能技術(shù)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(chǔ)盡可能多能量的儲(chǔ)能設(shè)備。該項(xiàng)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(huán)壽命。為實(shí)現(xiàn)此類結(jié)果，電極材料就非常重要。鋰離子電池的陽(yáng)極通常由一個(gè)集電極和一種以化學(xué)鍵形式存儲(chǔ)能量的活性材料組成，在大多數(shù)情況下，石墨就被用作活性材料。不過(guò)，由石墨制成的陽(yáng)極導(dǎo)致電池的充電速率很低，還會(huì)產(chǎn)生安全問(wèn)題。而鈦酸鋰氧化物(LTO)作為替代性活性材料，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，具備LTO的陽(yáng)極充電速率更高，且比石墨陽(yáng)極更安全，缺點(diǎn)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(fā)了另一種極有發(fā)展前景的陽(yáng)極材料——具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的鈦酸鑭鋰。據(jù)該項(xiàng)研究所顯示，與商業(yè)化的LTO陽(yáng)極相比，LLTO陽(yáng)極的電極電位更低，可讓電池?fù)碛懈叩碾妷汉腿萘?，而電池的電壓和存?chǔ)容量最終可以決定電池的能量密度。未來(lái)，LLTO陽(yáng)極可能可以被用于打造具有長(zhǎng)循環(huán)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(huán)壽命，電池充電速率也是決定電池是否適用于苛刻應(yīng)用的重要因素。從原則上看，最大放電電流和最小充電時(shí)間取決于電池固體內(nèi)部以及電極和電解質(zhì)材料之間界面處的離子和電子運(yùn)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(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，與LTO納米顆粒相比，尺寸為幾微米的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)LLTO也具有更高的功率密度以及充電速率。該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為這要?dú)w功于LLTO的贗電容特性：不僅是單個(gè)電子可以附著在此種陽(yáng)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(guò)來(lái)將電荷轉(zhuǎn)移到陽(yáng)極上。研究人員解釋說(shuō):“由于顆粒較大，LLTO還可以讓電極制造更簡(jiǎn)單、更經(jīng)濟(jì)?！?/p>