5.日本東京大學(xué)開發(fā)出了新一代鋰離子電池極“電解液”
據(jù)日本媒體報(bào)道，以東京大學(xué)研究生院工學(xué)系研究科教授山田淳夫與助教山田裕貴為核心組成的研發(fā)小組，發(fā)現(xiàn)了鋰離子電池可實(shí)現(xiàn)多種電解液的設(shè)計(jì)新方向。該研發(fā)小組開發(fā)出了極"濃電解液"，決定充電速度的Li+濃度達(dá)到以往電解液的4倍以上。該研究顛覆了"電解液溶劑只能使用碳酸乙烯酯(EC)"這一鋰離子電池誕生20多年來，技術(shù)人員一直深信不疑的定論。
據(jù)報(bào)道，東京大學(xué)開發(fā)的高濃度電解液具備所有溶劑都與Li+進(jìn)行配位的特殊構(gòu)造。另外，Li+與陰離子連續(xù)結(jié)合的特點(diǎn)也不同于以碳酸乙烯酯(EC)為溶劑的普通低濃度電解液。普通電解液的Li+濃度為1mol/L左右，此時(shí)離子導(dǎo)電度最大。這種濃度必需使用EC溶劑。如果使用EC以外的溶劑，電極會(huì)嚴(yán)重劣化。因?yàn)閷?duì)于石墨等層狀負(fù)極，溶劑是在被Li+溶劑化的情況下進(jìn)入(共合體)層間，電解液會(huì)繼續(xù)發(fā)生還原分解。基于這種定論，Li+的高濃度化以及EC以外的溶劑的探討變成了電池研究人員之間的盲點(diǎn)。
山田等人的研發(fā)小組著眼于這一盲點(diǎn)，向此前基本沒考慮過的電解液高濃度化發(fā)起了挑戰(zhàn)。高濃度電解液的離子載體密度非常高，有助于提高界面反應(yīng)頻率，因此可實(shí)現(xiàn)時(shí)間不到以往1/3的快速充電。而且，選擇的鹽和溶劑的不同組合，還能表現(xiàn)出不同的特性。在對(duì)各種溶劑進(jìn)行調(diào)查的過程中發(fā)現(xiàn)，除了通過提高濃度抑制共合體之外，很多溶劑還觀測(cè)到了還原穩(wěn)定化。無(wú)需使用之前必不可少的EC溶劑，在以前屬于實(shí)用電解液討論范圍之外的乙醚系、亞砜系、砜系、腈系等多種有機(jī)溶劑中均發(fā)現(xiàn)石墨負(fù)極和鋰金屬負(fù)極會(huì)可逆動(dòng)作。
點(diǎn)評(píng)：相比于上節(jié)電極材料方面的飛躍式的進(jìn)展，東京大學(xué)的極"濃電解液"表現(xiàn)稍微遜色，不過打破了鋰離子電池誕生以來技術(shù)人員深信不疑的定論，從這一點(diǎn)上來說，入選今年鋰電池十大技術(shù)進(jìn)步就當(dāng)之無(wú)愧了。大家要知道，找到合適的電極算是構(gòu)建了供鋰離子來回穿梭的樓層，而這種極濃電解液就是那個(gè)保證更多的鋰離子們暢游無(wú)阻的船只。東京大學(xué)開發(fā)的高濃度電解液什么時(shí)候能走出實(shí)驗(yàn)室還是有待觀察的，不過技術(shù)的進(jìn)展總還是能給人帶來鼓舞的。電極呀，電解液都是老生常談的話題了，而在這些慢慢變老的話題里，竟然還有新發(fā)現(xiàn)。
6.麻省理工宣布磷酸鐵鋰電池內(nèi)部有新發(fā)現(xiàn)
美國(guó)麻省理工學(xué)院的研究人員最近宣布對(duì)長(zhǎng)循環(huán)壽命和高功率磷酸鐵鋰(LiFePO4)電池有了新的發(fā)現(xiàn)。
麻省理工學(xué)院(MIT)的研究人員發(fā)現(xiàn)，磷酸鐵鋰電池電極內(nèi)部在充電過程中，固溶體區(qū)(SSZ)是在富鋰和貧鋰之間的邊界形成的，這一區(qū)域充電活動(dòng)更集中，因?yàn)殇囯x子從電極中被釋放出來。
這一發(fā)現(xiàn)將幫助研究人員和制造商制造性能更好的電池，因?yàn)橛纱丝梢愿玫乩斫怆姌O材料動(dòng)態(tài)過程并進(jìn)一步優(yōu)化。
磷酸鐵鋰(LFP)電極充電或放電過程圖。由于鋰離子在充電過程中被分離，形成一個(gè)貧鋰磷酸鐵(FP)區(qū)域，但在兩者之間有一個(gè)固溶體區(qū)域(SSZ，暗藍(lán)綠色)，這一區(qū)域包含有一些隨機(jī)分布的鋰原子，不同于鋰原子的原始結(jié)晶材料(淡藍(lán)色)中的有序數(shù)組。
上述發(fā)現(xiàn)有助于解決有關(guān)磷酸鐵鋰電池的一個(gè)長(zhǎng)期難題：在大塊晶體形式下，磷酸鐵鋰和磷酸鐵(FePO4是充電過程分離出來的)的離子導(dǎo)電性較差。然而，當(dāng)進(jìn)行摻雜和碳包覆優(yōu)化，并在電池中使用納米顆粒后，這種材料表現(xiàn)出非常高的充電速率。
固溶體區(qū)類似一個(gè)"亞"狀態(tài)，在室溫下能夠至少持續(xù)幾分鐘，取代LiFePO4和的FePO4之間的明銳界面，明銳界面已被證明含有許多額外線缺陷，被稱為"錯(cuò)位"，固溶體區(qū)就像一個(gè)緩沖區(qū)，減少"錯(cuò)位"數(shù)量，阻止其伴隨電化學(xué)反應(yīng)向前方移動(dòng)。
點(diǎn)評(píng)：今年隨著新能源汽車的起飛，三元材料、磷酸鐵鋰電池也被炒得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的，圍繞這些技術(shù)路線展開的紛爭(zhēng)不斷，但是卻鮮有新意，大多還是停留在前幾年的技術(shù)進(jìn)展里討論。關(guān)注磷酸鐵鋰電池的朋友或許知道磷酸鐵鋰電池的導(dǎo)電性不好、電阻大等屢被三元材料的擁躉者嘲笑，不過MIT的研究人員新的發(fā)現(xiàn)有望解決這一難題，以此來提高磷酸鐵鋰和磷酸鐵離子導(dǎo)電性，進(jìn)而提高充電速率。充電速率提高了，相應(yīng)的電池壽命會(huì)降低的更快，這已被業(yè)界看成難以調(diào)和的矛盾，不過就在今年夏普稱研發(fā)出壽命可達(dá)70年的鋰電池，小伙伴們你們驚呆了嗎?
