用於長循環壽命的安全電池的陽極材料

2020-08-20 惟恪

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研究人員研究了一種非常有前途的陽極材料，用於未來的高性能電池——具有過氧化鈦晶體結構（LLTO）的鋰烷鈦酸鹽。研究人員可以改善電池的能量密度、功率密度、充電速率、安全性和循環壽命，而無需將顆粒尺寸從微尺度減小到納米級。

中國長春卡爾斯魯厄理工學院（KIT）和吉林大學的研究人員研究了一種為未來高性能電池提供極強陽極材料——具有永久晶體結構（LLTO）的鋰烷鈦酸鹽。正如團隊在 自然傳播 LLTO 可提高電池的能量密度、功率密度、充電速率、安全性和循環壽命，而無需將顆粒尺寸從微尺度減小到納米級。

電動汽車的需求正在增加，同時對智能電網的需求也在不斷增加，為了確保可持續的能源供應。這些和其他移動和固定技術需要合適的電池。在儘可能小的空間中儘可能儲存儘可能多的能量，儘可能少的重量 -- 鋰離子電池 （LIB） 仍然最符合這一要求。研究旨在提高這些電池的能量密度、功率密度、安全性和循環壽命。電極材料在這裡非常重要。鋰離子電池的陽極由電流收集器和以化學鍵形式儲存能量的活性材料組成。在大多數情況下，石墨被用作活性材料。然而，由石墨製造的負極具有較低的充電速率。此外，它們還與安全問題有關。在替代活性材料中，氧化鈦酸鋰（LTO）已經商業化。LTO 的負極具有更高的充電速率，並且被認為比石墨製造的電極更安全。缺點是鋰離子電池與氧化鋰往往具有較低的能量密度。

KIT應用材料研究所（IAM-ESS）負責人赫爾穆特·埃倫伯格教授的團隊現在調查了另一種非常有前途的陽極材料：具有佩羅夫斯基特晶體結構（LLTO）的鈦酸鋰。根據該研究，LLTO陽極與商業化的LTO陽極相比，具有較低的電極電位，具有更高的電池電壓和更高的容量。&34;將來，LLTO 陽極可用於構建具有長周期壽命的特別安全的高性能電池。這項研究有助於電化學存儲研究平臺，CELEST（電化學儲能中心烏爾姆和卡爾斯魯厄），世界上最大的電池研究平臺之一，其中還包括POLiS卓越集群。

除了能量密度、功率密度、安全性和循環壽命外，充電速率是電池適合苛刻應用的另一個決定性因素。原則上，最大放電電流和最小充電時間取決於實體內的離子和電子傳輸以及電極和電解質材料之間的接口。為了提高充電速率，將電極材料的顆粒尺寸從微尺度減為納米級是常見的做法。這項研究發表在 自然傳播 KIT研究人員及其合作夥伴的期刊顯示，即使是具有佩羅夫斯基特結構的百微米大小的顆粒，其功率密度和充電速率也高於LTO納米粒子。研究小組將此歸因於所謂的&34;的偽能力：不僅單個電子附著在陽極材料上，而且帶電離子，它們受到弱力的約束，可以逆差地將電荷轉移到陽極。&34;。

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