隨著各國燃油車禁售令的陸續(xù)發(fā)布，電動車將逐步取代傳統(tǒng)的汽油車及柴油車，這已成為業(yè)內(nèi)所熟知的行業(yè)趨勢。為提升電動車的續(xù)航里程數(shù)，各國的大學(xué)及研究機構(gòu)也紛紛致力于電池技術(shù)及產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)及測試。小編將蓋世新技術(shù)版塊中的新聞進(jìn)行了匯總，整理出了16家研究機構(gòu)在電動車電池技術(shù)的相關(guān)研發(fā)動態(tài)，供各位讀者品鑒，詳見正文。

蓋世汽車訊 隨著各國燃油車禁售令的陸續(xù)發(fā)布，電動車將逐步取代傳統(tǒng)的汽油車及柴油車，這已成為業(yè)內(nèi)所熟知的行業(yè)趨勢。為提升電動車的續(xù)航里程數(shù)，各國的大學(xué)及研究機構(gòu)也紛紛致力于電池技術(shù)及產(chǎn)品的技術(shù)研發(fā)及測試。

 

小編將蓋世新技術(shù)版塊中的新聞進(jìn)行了匯總，供各位讀者品鑒：

 

美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校與韓國首爾國立大學(xué)

 

關(guān)鍵詞：錳基鈉離子、鋰電池

 

黑科技，前瞻技術(shù)，鋰電池技術(shù)盤點,電動車電池技術(shù),電池技術(shù)研發(fā),蓋世新技術(shù)

美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校（University of Texas, Dallas）與韓國首爾國立大學(xué)（Seoul National University）共同研發(fā)出一款全新電池，其采用錳基鈉離子（manganese and sodium-ion-based material）材料。該材料或?qū)⒔档碗姵爻杀?，且生態(tài)環(huán)保性更佳，所制成的電池可供電動車使用。

 

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他們采用鈉取代了陽極內(nèi)占比最大的材料——鋰，并用錳取代價格更為昂貴、儲量更為稀缺的鈷和鎳。該研究團(tuán)隊采用了合理的原材料配比并攻克了上述技術(shù)難題。他們先采用了計算機模擬，進(jìn)而測定了電池達(dá)到最佳性能時各原子的配置，然后在實驗室內(nèi)進(jìn)行了大量的材料測試直至研發(fā)成功。

 

麻省理工學(xué)院（MIT）

 

關(guān)鍵詞：固態(tài)電池、鋰滲透、固態(tài)電解質(zhì)、表面光滑度

 

 

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據(jù)外媒報道，麻省理工大學(xué)（MIT）的研究人員與德國的同行們共同提出，若采用表面光滑的固態(tài)電解質(zhì)（solid electrolyte），可防止有害的鋰滲透（Li infiltration）現(xiàn)象出現(xiàn)，進(jìn)而提升固態(tài)鋰離子電池的性能。據(jù)新分析表明，表面的光滑度才是該問題的關(guān)鍵所在，電解質(zhì)表面的細(xì)微裂紋及劃痕將導(dǎo)致金屬物的積聚。

 

在發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)（electrochemical reaction）后，來自電解質(zhì)的鋰（離子）將開始積聚到其表面細(xì)微瑕疵（包括：細(xì)微的凹點、裂痕、劃痕）處。一旦鋰離子開始在瑕疵處形成積聚，這一情況將會持續(xù)下去。

 

這表明研究人員需要將研究重心放在提升固態(tài)電解質(zhì)表面的光滑度，這樣或?qū)⑾驑O大地減少電池固態(tài)電解質(zhì)樹突的生成數(shù)量。為避免產(chǎn)生易燃問題，或許未來還會采用固態(tài)鋰金屬電極。此外，該舉措或?qū)⑹逛囯x子電池的能量密度翻番。

 

東京工業(yè)大學(xué)

 

關(guān)鍵詞：無鍺固態(tài)電解質(zhì)、全固態(tài)電池的優(yōu)勢、優(yōu)化LGPS框架結(jié)構(gòu)提升性能

 

東京工業(yè)大學(xué)（Tokyo Institute of Technology）的研究人員研發(fā)了一項新技術(shù)方案——無鍺固態(tài)電解質(zhì)，可降低固態(tài)鋰電池的成本，并致力于將該項技術(shù)應(yīng)用到電動車、通信及其他行業(yè)中。

 

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無鍺固態(tài)電解質(zhì)

 

該研究團(tuán)隊在在美國化學(xué)會（ACS）期刊——《材料化學(xué)（Chemistry of Materials）》上發(fā)表了論文，其技術(shù)方案為：采用錫與硅替代固態(tài)電解質(zhì)內(nèi)的鍺（germanium）元素，因為上述兩項材料的化學(xué)穩(wěn)定性更強。相較于液態(tài)電解質(zhì)，新材料提升了鋰離子的導(dǎo)電率。在談?wù)撈溲芯砍晒麜r，Ryoji Kanno與他的同事表示：“這款固態(tài)電解質(zhì)不含鍺，未來或許所有固態(tài)電池都會采用該電解質(zhì)。”

 

全固態(tài)電池LiCoO2/LGPS/In−Li采用LGPS電解質(zhì)，其充放電性能相當(dāng)出色。然而，鍺元素價格相對較貴，或?qū)⑾拗芁GPS材料的廣泛應(yīng)用。在設(shè)計鋰離子導(dǎo)體時，晶體結(jié)構(gòu)類型也是一項重要因素。未來，硅基及錫基的無鍺材料均可能被用作為固態(tài)電解質(zhì)并得到實際應(yīng)用。 

 

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全固態(tài)電池的優(yōu)勢

 

相較于采用鋰離子導(dǎo)電液體的常見鋰離子電池，未來的全固態(tài)電池?fù)碛幸韵聝?yōu)勢：安全性及可靠性得到提升，儲能量較高、使用壽命更長。

 

超離子導(dǎo)體（superionic conductors）——固態(tài)晶體（solid crystals）的研究發(fā)現(xiàn)提升了鋰離子的移動速率，進(jìn)而促進(jìn)這類電池的研發(fā)進(jìn)展，但這款前景較好的設(shè)計卻一度依賴于對稀有金屬鍺的應(yīng)用，由于其價格過于昂貴，無法實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用。

 

優(yōu)化LGPS框架結(jié)構(gòu)提升性能

 

在最近發(fā)布的一篇論文中，研究人員保留了相同的LGPS框架結(jié)構(gòu)，對錫、硅及其他成分的原子的速率及位置分布進(jìn)行了精密調(diào)整。其研究成果LSSPS材料（成分：Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12 (Li3.45[Sn0.09Si0.36]P0.55S4)）在室溫下的鋰離子導(dǎo)電性為1.1 x 10-2 S cm-1，幾乎接近最初的LGPS結(jié)構(gòu)的性能。

 

盡管還需要進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整，研究人員可根據(jù)其不同的用途來優(yōu)化材料性能，為降低生產(chǎn)成本帶來了新希望，且不必犧牲材料的性能。

 

美國萊斯大學(xué)（Rice University）

 

關(guān)鍵詞：電池樹突（dendrite）、石墨烯（graphene）、碳納米管（carbon nanotubes）

 

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美國萊斯大學(xué)（Rice University）解決了電池樹突（晶枝，dendrite）難題，該研究難題長期困擾著電池研究人員，該大學(xué)研發(fā)的鋰金屬電池的電容量是商用鋰離子電池的三倍。

 

萊斯大學(xué)的設(shè)計團(tuán)隊將鋰保存在一種獨特的陽極中，該陽極采用了新工藝，由石墨烯（graphene）與碳納米管（carbon nanotubes）混合制成。據(jù)研究人員透露，樹突等鋰離子積聚物將滲入電池的電解質(zhì)。若樹突造成陽極與陰極接觸，將導(dǎo)致短路，電池將可能因此而報廢。更有甚者，該電池將因此而起火或爆炸。

 

萊斯大學(xué)的化學(xué)家James Tour負(fù)責(zé)主導(dǎo)該研究項目，據(jù)他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)新電池充電后，鋰金屬表面將覆有一層均勻的碳混合物（highly conductive carbon hybrid），該物質(zhì)導(dǎo)電性強，碳納米管與石墨烯表面緊密粘合。

 

Tour表示，新款陽極的碳納米管簇（nanotube forest）密度低，表面積大，有足夠的空間來安置電池充放電時游動的鋰離子顆粒。鋰金屬分布均勻，電解質(zhì)內(nèi)帶電鋰離子將擴(kuò)散開來，抑制樹突的增生。

 

Tour表示：“許多人做電池研究，僅僅專注于陽極，因為針對整個電池的研究難度更大。我們?yōu)榇搜邪l(fā)了一項配套的硫基陰極技術(shù)，與第一代超高容量的鋰金屬陽極相配套。目前，研究團(tuán)隊正在重新生產(chǎn)這類電池、陰極及陽極，用于中試試驗（pilot scale），上述材料正在測試中。”

 

肯塔基大學(xué)（University of Kentucky）與中國研究團(tuán)隊

 

關(guān)鍵詞：硅基氧化物陽極、非黏合性硅基氧化物/碳復(fù)合物、微型SiOx/C芯殼（core–shell）復(fù)合物

 

 

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在充電周期內(nèi)，當(dāng)電芯里的硅在與鋰交互時，其膨脹收縮可達(dá)300%。而隨著時間的推移，它會明顯降低電池的性能、短路、并最終導(dǎo)致電池報廢。為改進(jìn)上述缺點并大體維持電池的能量密度，目前采用一氧化硅（SiOx, x ≈ 1）來制作鋰離子電池的陽極。

 

硅基氧化物陽極的應(yīng)用

 

硅基氧化物的可逆比容量（reversible specific capacity）較高，循環(huán)性能也有所提升。然而，該材質(zhì)仍不可避免地出現(xiàn)體積改變，且導(dǎo)電性弱。如今，中國和美國的研究團(tuán)隊各自發(fā)表了研究結(jié)果，找到了兩種新的改進(jìn)方法。

 

美國團(tuán)隊的研究成果：非黏合性硅基氧化物/碳復(fù)合物

 

肯塔基大學(xué)（University of Kentucky）研究團(tuán)隊將硅基氧化物顆粒物與硫酸鹽木質(zhì)素（Kraft lignin）混合后，合成了一種高性能的非黏合性硅基氧化物/碳復(fù)合物（binder-free SiOx/C），用于制作鋰離子電池的電極。經(jīng)熱處理后，木質(zhì)素形成一種導(dǎo)電體（conductive matrix），可容納大量的硅基氧化物顆粒，確保電子導(dǎo)電率（electronic conductivity）、連接性、適應(yīng)鋰化/脫鋰反應(yīng)（lithiation/delithiation）期間的體積變動。該材質(zhì)無需采用常規(guī)的粘合劑或?qū)щ妱?/div>