世界頂尖鋰電池研究團隊及其研究進展

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世界頂尖鋰電池研究團隊及其研究進展

電池技術(shù)在社會的可持續(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，鉛酸電池來說，鋰離子電池具有能量密度高，無記憶效應(yīng)，環(huán)境污染小等特點被廣泛應(yīng)用在能量存儲與轉(zhuǎn)化的領(lǐng)域中。如今鋰離子電池已經(jīng)作為動力電池在電動汽車如特斯拉，比亞迪中使用，具有極大的市場份額，預(yù)計 2020 年全球鋰離子電池市場規(guī)模有望達(dá)到 4500 億元。下面就隨電源管理小編一起來了解一下相關(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)：放電時鋰離子嵌入，充電時鋰離子脫嵌。
充電時： LiCoO2 → Li1-xCoO2+ xLi ++ xe-
放電時： Li1-xCoO2 + xLi ++ xe- → LiCoO2
負(fù)極反應(yīng)：放電時鋰離子脫嵌，充電時鋰離子嵌入。
充電時： xLi ++ xe- + C6 → LixC6
放電時： LixC6→ xLi ++ xe- + C6
然而，鈷酸鋰材料的實際比容量只有 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的動力電池時使得電動汽車無法具有預(yù)期的行駛里程數(shù)。比如特斯拉的較新電動汽車 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的自重，降低了汽車的行駛里程數(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。目前也有不少團隊致力于固態(tài)電解質(zhì)的研究，主要是為了解決液態(tài)的電解液易燃問題所帶來的安全隱患。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。本文結(jié)合部分世界頂尖鋰電池研究團隊做簡單介紹，并對該行業(yè)的熱點研究方向進行闡述。
John B. GoodenoughGoodenough 教授于 1952 年在芝加哥大學(xué)取得博士學(xué)位。
目前為美國德州大學(xué)奧斯汀分校機械工程系教授。 Goodenough 教授是著名的固體物理學(xué)家，美國國家科學(xué)院院士，工程院院士，英國皇家化學(xué)學(xué)會外籍院士。
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)表論文累計引用 46500 余次。
近年來， Goodenough 教授繼續(xù)在所深愛的鋰離子電池，鈉離子電池領(lǐng)域展開深入的研究。同時也將自己的研究領(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)電池的過電勢，提高了庫倫效率以及循環(huán)穩(wěn)定性，具有廣泛的應(yīng)用前景。通過使用固態(tài)電解質(zhì)，鋰金屬電池和鋰硫電池的枝晶問題將得到解決，使用高比容量的鋰金屬作為負(fù)極將會在未來有長足的發(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。

Peter G. BruceBruce 教授是英國牛津大材料系教授，皇家科學(xué)院院士，工程院院士，英國皇家化學(xué)學(xué)會外籍院士，已發(fā)表期刊論文 400 逾篇，發(fā)表論文累計引用 55100 余次， H 因子為 97。
Bruce 教授團隊的研究方向主要集中在鋰空氣電池，鋰離子電池，鈉離子電池等方向。在鋰離子電池正極材料方面， Bruce 教授的研究領(lǐng)域主要涉及LINixMn1-xO2， xLi2MnO3?(1-x)LiMO2 以及 Li2FeSiO4 等高容量的正極材料的研發(fā)以及其反應(yīng)機理的研究。

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| 發(fā)布時間：2018.05.28 來源：充電器廠家

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