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世界頂尖鋰電池研究團(tuán)隊(duì)及其研究進(jìn)展 |
| 電池技術(shù)在社會(huì)的可持續(xù)的清潔能源發(fā)展中起著重要的作用。相比于傳統(tǒng)的鎳氫電池，鉛酸電池來(lái)說(shuō)， 鋰離子電池具有能量密度高，無(wú)記憶效應(yīng)， 環(huán)境污染小等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化的領(lǐng)域中。如今鋰離子電池已經(jīng)作為動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車(chē)如特斯拉， 比亞迪中使用， 具有極大的市場(chǎng)份額， 預(yù)計(jì) 2020 年全球鋰離子電池市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到 4500 億元。 下面就隨電源管理小編一起來(lái)了解一下相關(guān)內(nèi)容吧。 鋰離子電池較早由日本索尼公司于 1990 年開(kāi)發(fā)成功。 傳統(tǒng)鋰離子電池的正極材料為鈷酸鋰(LiCoO2)， 負(fù)極材料為石墨(C)， 以酯類(lèi)作為電解液的可充電式電池。 該電池的電極反應(yīng)式如下： 正極反應(yīng)： 放電時(shí)鋰離子嵌入， 充電時(shí)鋰離子脫嵌。 充電時(shí)： LiCoO2 → Li1-xCoO2+ xLi ++ xe- 放電時(shí)： Li1-xCoO2 + xLi ++ xe- → LiCoO2 負(fù)極反應(yīng)： 放電時(shí)鋰離子脫嵌， 充電時(shí)鋰離子嵌入。 充電時(shí)： xLi ++ xe- + C6 → LixC6 放電時(shí)： LixC6→ xLi ++ xe- + C6 然而， 鈷酸鋰材料的實(shí)際比容量只有 150 mAh/g 左右， 較低的容量限制了單體鋰離子電池的能量密度的提升， 只有 150 Wh/kg 左右。 使用較低能量密度的鋰離子電池作為汽車(chē)的動(dòng)力電池時(shí)使得電動(dòng)汽車(chē)無(wú)法具有預(yù)期的行駛里程數(shù)。比如特斯拉的較新電動(dòng)汽車(chē) Model X，其電池組就是由 7000 多節(jié) 18650 鋰離子電池組成， 重量達(dá)一噸左右。 沉重的電池組增大了汽車(chē)的自重， 降低了汽車(chē)的行駛里程數(shù)， 一次全充電后的行駛里程在 400 公里左右。 因此， 開(kāi)發(fā)高能量密度的鋰離子電池顯得尤為重要。 目前， 高能量密度鋰離子電池的研究已經(jīng)從起步階段轉(zhuǎn)向?qū)嵸|(zhì)性發(fā)展。 研究的領(lǐng)域主要集中在電池的正極材料， 負(fù)極材料上。 在正極方面主要研究富鋰正極材料， 高鎳正極材料和硫正極材料。 在負(fù)極方面研究主要集中在錫負(fù)極， 硅負(fù)極和鋰金屬負(fù)極上。 目前也有不少團(tuán)隊(duì)致力于固態(tài)電解質(zhì)的研究， 主要是為了解決液態(tài)的電解液易燃問(wèn)題所帶來(lái)的安全隱患。 此外在鋰金屬負(fù)極的研究中， 引入并 使用固態(tài)電解質(zhì)可以抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)。本文結(jié)合部分世界頂尖鋰電池研究團(tuán)隊(duì)做簡(jiǎn)單介紹， 并對(duì)該行業(yè)的熱點(diǎn)研究方向進(jìn)行闡述。 John B. GoodenoughGoodenough 教授于 1952 年在芝加哥大學(xué)取得博士學(xué)位。 目前為美國(guó)德州大學(xué)奧斯汀分校機(jī)械工程系教授。 Goodenough 教授是著名的固體物理學(xué)家， 美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士， 工程院院士， 英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)外籍院士。 他也是鈷酸鋰、 錳酸鋰和磷酸鐵鋰等鋰離子電池正極材料的發(fā)明人， 也是鋰離子電池科學(xué)基礎(chǔ)的奠基人之一， 被業(yè)界稱(chēng)為“鋰電之父” 。 Goodenough 教授已發(fā)表期刊論文 700 逾篇， 發(fā)表論文累計(jì)引用 46500 余次。 近年來(lái)， Goodenough 教授繼續(xù)在所深?lèi)?ài)的鋰離子電池， 鈉離子電池領(lǐng)域展開(kāi)深入的研究。 同時(shí)也將自己的研究領(lǐng)域拓展到鋰離子電池的固態(tài)電解質(zhì)研究中。 近日 Goodenough 教授又在 Journal of American Chemistry Society 上發(fā)表了固態(tài)電解質(zhì)的研究論文(10.1021/jacs.8b03106)。 Goodenough 教授認(rèn)為石榴石型的固態(tài)電解質(zhì)在室溫下具有很高的電導(dǎo)率，是適合鋰金屬電池使用的固態(tài)電解質(zhì)的理 想材料。 該項(xiàng)研究利用了一種新策略改善石榴石 LLTO(Li7La3Zr2O12)的界面，從而顯著降低了鋰金屬與石榴石界面的阻抗， 抑制了枝晶的形成。 因此降低了組裝的 Li/Garnet/LiFePO4 和 Li-S 全固態(tài)電池的過(guò)電勢(shì)，提高了庫(kù)倫效率以及循環(huán)穩(wěn)定性， 具有廣泛的應(yīng)用前景。 通過(guò)使用固態(tài)電解質(zhì)， 鋰金屬電池和鋰硫電池的枝晶問(wèn)題將得到解決，使用高比容量的鋰金屬作為負(fù)極將會(huì)在未來(lái)有長(zhǎng)足的發(fā)展和應(yīng)用。
圖一， 石榴石型 LLZT 和 LLZT-C 全固態(tài)電解質(zhì)鋰金屬電池的示意圖。
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| | 發(fā)布時(shí)間：2018.05.28 來(lái)源：充電器廠家 |
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