5.日本東京大學開發(fā)出了新一代鋰離子電池極“電解液”
據(jù)日本媒體報道，以東京大學研究生院工學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)了鋰離子電池可實現(xiàn)多種電解液的設(shè)計新方向。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)報道，東京大學開發(fā)的高濃度電解液具備所有溶劑都與Li+進行配位的特殊構(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，電極會嚴重劣化。因為對于石墨等層狀負極，溶劑是在被Li+溶劑化的情況下進入(共合體)層間，電解液會繼續(xù)發(fā)生還原分解?；谶@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。
山田等人的研發(fā)小組著眼于這一盲點，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，因此可實現(xiàn)時間不到以往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。在對各種溶劑進行調(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，很多溶劑還觀測到了還原穩(wěn)定化。無需使用之前必不可少的EC溶劑，在以前屬于實用電解液討論范圍之外的乙醚系、亞砜系、砜系、腈系等多種有機溶劑中均發(fā)現(xiàn)石墨負極和鋰金屬負極會可逆動作。
點評：相比于上節(jié)電極材料方面的飛躍式的進展，東京大學的極"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，從這一點上來說，入選今年鋰電池十大技術(shù)進步就當之無愧了。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保證更多的鋰離子們暢游無阻的船只。東京大學開發(fā)的高濃度電解液什么時候能走出實驗室還是有待觀察的，不過技術(shù)的進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)
美國麻省理工學院的研究人員最近宣布對長循環(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)域充電活動更集中，因為鋰離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，因為由此可以更好地理解電極材料動態(tài)過程并進一步優(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，形成一個貧鋰磷酸鐵(FP)區(qū)域，但在兩者之間有一個固溶體區(qū)域(SSZ，暗藍綠色)，這一區(qū)域包含有一些隨機分布的鋰原子，不同于鋰原子的原始結(jié)晶材料(淡藍色)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長期難題：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，當進行摻雜和碳包覆優(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"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"錯位"，固溶體區(qū)就像一個緩沖區(qū)，減少"錯位"數(shù)量，阻止其伴隨電化學反應(yīng)向前方移動。
點評：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揚的，圍繞這些技術(shù)路線展開的紛爭不斷，但是卻鮮有新意，大多還是停留在前幾年的技術(shù)進展里討論。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，進而提高充電速率。充電速率提高了，相應(yīng)的電池壽命會降低的更快，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70年的鋰電池，小伙伴們你們驚呆了嗎?
