新材料+结构设计 回顾2017年各院校电动车电池技术的研发动态

随着各国燃油车禁售令的发布，电动汽车将逐步取代传统的汽油车和柴油车，这已成为业内众所周知的行业趋势。为了提高电动汽车的续航里程，世界各地的大学和研究机构也致力于电池技术和产品的技术研发和测试。小编做了一些总结供读者品尝：得克萨斯大学达拉斯分校和韩国首尔国立大学关键词：锰基钠离子、锂电池。

得克萨斯大学达拉斯分校

得克萨斯州，达拉斯）和首尔国立大学（首尔国立大学）

大学）联合开发了一种全新的电池，该电池使用锰和钠离子为基础。

材料）材料。这种材料可以降低电池的成本，而且更环保，制造的电池可以用于电动汽车。

他们用钠代替锂，锂是阳极中最大的材料，用锰代替钴和镍，钴和镍更昂贵、更稀缺。研究团队采用了合理比例的原材料，克服了上述技术问题。他们首先使用计算机模拟，然后在电池达到最佳性能时确定每个原子的配置，然后在实验室进行大量材料测试，直到成功开发。麻省理工学院关键词：固态电池，锂渗透，固态电解质，表面光滑度。

据外媒报道，麻省理工学院的研究人员和他们的德国同事共同提出，如果使用表面光滑的固体电解质，可以防止有害的锂渗透，并可以提高固体锂离子电池的性能。根据新的分析，表面的光滑度是这个问题的关键，电解质表面的细微裂纹和划痕会导致金属物体的堆积。在电化学反应（电化学）中

反应后），电解液中的锂（离子）将开始积聚在其表面的微小缺陷（包括微小的凹坑、裂纹和划痕）处。一旦锂离子开始在缺陷处积聚，这种情况就会持续下去。这表明，研究人员需要专注于提高固体电解质表面的光滑度，这将消除或大大减少固体电解质枝晶的数量。为了避免易燃问题，未来可能会使用固体锂金属电极。此外，这一措施可能会使锂离子电池的能量密度翻一番。东京工业大学关键词：无锗固态电解质，全固态电池的优势，LGPS框架结构的优化和性能的提高。东京工业大学的研究人员开发了一种新的技术方案——无锗固态电解质，可以降低固态锂电池的成本，并致力于将这项技术应用于电动汽车、通信等行业。

无锗固体电解质研究团队发表在美国化学学会（ACS）期刊《材料化学》上

属于

材料），其技术方案是用锡和硅代替固体电解质中的锗，因为上述两种材料的化学稳定性更强。与液体电解质相比，这种新材料提高了锂离子的导电性。当谈到他的研究结果时，Ryoji

Kanno和他的同事说：“这种固体电解质不含锗，也许未来所有固态电池都会使用这种电解质。”全固态电池LiCoO2/LGPS/INLI采用LGPS电解质，其充放电性能相当出色。然而，锗相对昂贵，这将限制LGPS材料的广泛应用。在设计锂离子导体时，晶体结构的类型也是一个重要因素。在未来，硅基和锡基无锗材料都可以用作固态电解质并得到实际应用。

全固态电池与……相比的优势……

mmon锂离子电池采用锂离子导电液体，未来的全固态电池具有以下优点：提高了安全性和可靠性，储能更高，使用寿命更长。固体晶体这一超离子导体的研究提高了锂离子的移动速度，从而推动了这类电池的研发进展。然而，这种充满希望的设计曾经依赖于稀有金属锗的应用，这种应用过于昂贵，无法实现大规模应用。优化LGPS框架结构以提高性能在最近发表的一篇论文中，研究人员保持了相同的LGPS框架架构，并精细调整了锡、硅和其他成分原子的速度和位置分布。其研究成果LSPS材料（成分：Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12）

（Li3.45[Sn0.09Si0.36]P0.55S4）的锂离子电导率在室温下为1.1×10-2S。

Cm-1，几乎接近原始LGPS结构的性能。虽然还需要进一步调整，但研究人员可以根据不同用途优化材料的财产，这为降低生产成本带来了新的希望，同时又不牺牲材料的财产。莱斯大学：枝晶、石墨烯和碳纳米管。

莱斯大学解决了长期困扰电池研究人员的电池枝晶问题。该大学开发的锂金属电池的容量是商用锂离子电池的三倍。莱斯大学的设计团队将锂保存在一种独特的阳极中，该阳极采用了一种由石墨烯和碳纳米管组成的新工艺。

纳米管）混合。根据研究人员的说法，树突等锂离子积累会渗透到电池的电解质中。如果枝晶导致阳极与阴极接触，将导致短路，电池液滴可能会报废。更重要的是，电池会着火或爆炸。詹姆斯，莱斯大学的化学家。

图尔负责领导这个研究项目。据他介绍，当新电池充电时，锂金属表面将覆盖一层均匀的高导电碳。

Hybrid）和碳纳米管紧密粘附在石墨烯表面。Tour表示，新型阳极的碳纳米管森林密度低、表面积大，电池充放电时有足够的空间让锂离子颗粒游动。锂金属分布均匀，电解液中带电的锂离子会散开，抑制枝晶的增殖。Tour说：“很多人做电池研究，只关注阳极，因为研究整个电池更困难。为此，我们开发了一种配套的硫基阴极技术，与第一代超高容量锂金属阳极相匹配。目前，研究团队正在重新生产这些电池、阴极和阳极进行中试。”。

规模），上述材料正在测试中。肯塔基大学和中国研究团队关键词：硅基氧化物阳极，非粘性硅基氧化物/碳复合材料，微SiOx/C核壳复合材料。

在充电周期中，当电池单元中的硅与锂相互作用时，其膨胀和收缩可以达到300%。随着时间的推移，它会明显降低电池的性能，短路，最终导致电池报废。为了改善上述缺点并通常保持电池的能量密度，

X≈1）制成锂离子电池的阳极。硅基氧化物阳极的应用硅基氧化物的可逆比容量

具体的

容量）更高，并且循环性能也得到改善。然而，这种材料的体积变化是不可避免的，并且其导电性较弱。现在，中国和美国的研究团队已经发表了自己的研究成果，并发现了两种新的改进方法。美国团队研究成果：非粘性硅基氧化物/碳复合材料肯塔基大学

来自肯塔基州的）研究团队将硅基氧化物颗粒和硫酸盐木质素（硫酸盐

木质素），一种高性能的无粘结剂的合成物。

SiOx/C），其用于制造锂离子电池的电极。经过热处理后，木质素形成导电材料。

矩阵），可以容纳大量硅基氧化物颗粒，并确保电子导电性（电子

电导率），c……

以及在锂化/脱锂过程中对体积变化的适应。这种材料不需要使用传统的粘合剂或导电剂。由这种复合材料制成的电极的性能是优异的。与体积变化率相对较小（160%）的硅基氧化物电极相比，其机械和电化学性能优异，木质素-碳基体更具弹性，能够适应体积变化。中国团队的研究成果：微型SiOx/C核壳复合材料。中国的研究团队开发了一种制备微SiOx/C核壳复合材料的有效解决方案。研究小组将柠檬酸（柠檬酸）

酸）与球磨制备的硅基氧化物混合碳化，得到均匀的SiOx/C核壳复合材料SiOx微核和柠檬酸碳壳（共形）。

碳壳）碳壳极大地提高了硅基氧化物的导电性，并缓解了在适应锂化/除锂反应过程中的体积变化。由SiOx/C复合材料制成的电极具有1296.3的可逆比容量。

MAh/g，库仑效率高达99.8%，充放电200次后容量保持率为65.1%（843.5）。

毫安时/克）

据研究团队介绍，该复合材料的放电效率优异，这种方法可以实现批量生产，具有成本效益，可以批量生产由SiOx/C复合材料制成的高性能阳极材料。德雷塞尔大学和中国团队关键词：MXene材料，“近即时”充电，超级电容器。

据外媒报道，美国德雷塞尔大学材料科学与工程专业的研究人员与法国和以色列的研究人员一起设计了新型锂电池电极，未来电动汽车充电可能只需几秒钟。新型锂离子电池的电极介绍新型锂离子蓄电池的电极采用了一种名为MXene的二维材料，该材料具有高导电性。研究团队表示，新型锂电池未来可能能够实现电动汽车的“近即时”充电。研究人员Gogotsi在一份声明中宣称：“我们提取了一层薄薄的MXene电极来演示充电速度，整个充电过程只需要几十毫秒。这主要是由于MXene材料的超高导电性，为未来超快储能设备的发展铺平了道路。未来，锂电池的充放电只需几秒钟存储的电能比传统超级电容器的电能高得多。“MXene材料简介MXene是一种扁平的纳米材料，由德雷塞尔大学材料科学与工程系的研究人员于2011年发现。它的外观类似三明治，由氧化物、导电碳和金属填料组成，而氧化物相当于三明治中的面包，填料夹在在中间。在材料制造过程中，研究人员将使用层压方法制造MXene。MXene电极的缺点和改进为了使MXene的锂离子自由移动，研究人员对其结构进行了一些调整。研究人员将MXene与水凝胶混合，水凝胶改变了其结构，使锂离子自由移动。尤里·戈戈西说：“理想的电极结构是多车道结构，这样锂离子就可以高速移动。随着各国燃油车禁令的解除，电动汽车将逐渐取代传统的汽油车和柴油车，这已成为业内众所周知的行业趋势。为了提高电动汽车的续航里程世界各地的大学和研究机构也致力于电池技术和产品的技术研发和测试。小编做了一些总结供读者品尝：得克萨斯大学达拉斯分校和韩国首尔国立大学关键词：锰基钠离子、锂电池。

得克萨斯大学达拉斯分校

得克萨斯州，达拉斯）和首尔国立大学（首尔国立大学）

大学）联合开发了一种全新的电池，该电池使用锰和钠离子为基础。

材料）材料。这种材料可以降低电池的成本，而且更环保，制造的电池可以用于电动汽车。

他们用钠代替锂，锂是阳极中最大的材料，用锰代替钴和镍，钴和镍更昂贵、更稀缺。研究团队采用了合理比例的原材料，克服了上述技术问题。他们首先使用计算机模拟，然后在电池达到最佳性能时确定每个原子的配置，然后在实验室进行大量材料测试，直到成功开发。麻省理工学院关键词：固态电池，锂渗透，固态电解质，表面光滑度。

据外媒报道，麻省理工学院的研究人员和他们的德国同事共同提出，如果使用表面光滑的固体电解质，可以防止有害的锂渗透，并可以提高固体锂离子电池的性能。根据新的分析，表面的光滑度是这个问题的关键，电解质表面的细微裂纹和划痕会导致金属物体的堆积。在t……中……

电化学反应（电化学）

反应后），电解液中的锂（离子）将开始积聚在其表面的微小缺陷（包括微小的凹坑、裂纹和划痕）处。一旦锂离子开始在缺陷处积聚，这种情况就会持续下去。这表明，研究人员需要专注于提高固体电解质表面的光滑度，这将消除或大大减少固体电解质枝晶的数量。为了避免易燃问题，未来可能会使用固体锂金属电极。此外，这一措施可能会使锂离子电池的能量密度翻一番。东京工业大学关键词：无锗固态电解质，全固态电池的优势，LGPS框架结构的优化和性能的提高。东京工业大学的研究人员开发了一种新的技术方案——无锗固态电解质，可以降低固态锂电池的成本，并致力于将这项技术应用于电动汽车、通信等行业。

无锗固体电解质研究团队发表在美国化学学会（ACS）期刊《材料化学》上

属于

材料），其技术方案是用锡和硅代替固体电解质中的锗，因为上述两种材料的化学稳定性更强。与液体电解质相比，这种新材料提高了锂离子的导电性。当谈到他的研究结果时，Ryoji

Kanno和他的同事说：“这种固体电解质不含锗，也许未来所有固态电池都会使用这种电解质。”全固态电池LiCoO2/LGPS/INLI采用LGPS电解质，其充放电性能相当出色。然而，锗相对昂贵，这将限制LGPS材料的广泛应用。在设计锂离子导体时，晶体结构的类型也是一个重要因素。在未来，硅基和锡基无锗材料都可以用作固态电解质并得到实际应用。

全固态电池的优点与使用锂离子导电液的普通锂离子电池相比，未来的全固态电池具有以下优点：提高了安全性和可靠性、更高的储能能力和更长的使用寿命。固体晶体这一超离子导体的研究提高了锂离子的移动速度，从而推动了这类电池的研发进展。然而，这种充满希望的设计曾经依赖于稀有金属锗的应用，这种应用过于昂贵，无法实现大规模应用。优化LGPS框架结构以提高性能在最近发表的一篇论文中，研究人员保持了相同的LGPS框架架构，并精细调整了锡、硅和其他成分原子的速度和位置分布。其研究成果LSPS材料（成分：Li10.35[Sn0.27Si1.08]P1.65S12）

（Li3.45[Sn0.09Si0.36]P0.55S4）的锂离子电导率在室温下为1.1×10-2S。

Cm-1，几乎接近原始LGPS结构的性能。虽然还需要进一步调整，但研究人员可以根据不同用途优化材料的财产，这为降低生产成本带来了新的希望，同时又不牺牲材料的财产。莱斯大学：枝晶、石墨烯和碳纳米管。

莱斯大学解决了长期困扰电池研究人员的电池枝晶问题。该大学开发的锂金属电池的容量是商用锂离子电池的三倍。莱斯大学的设计团队将锂保存在一种独特的阳极中，该阳极采用了一种由石墨烯和碳纳米管组成的新工艺。

纳米管）混合。根据研究人员的说法，树突等锂离子积累会渗透到电池的电解质中。如果枝晶导致阳极与阴极接触，将导致短路，电池液滴可能会报废。更重要的是，电池会着火或爆炸。詹姆斯，莱斯大学的化学家。

图尔负责领导这个研究项目。据他介绍，当新电池充电时，锂金属表面将覆盖一层均匀的高导电碳。

Hybrid），具有很强的导电性，并且碳纳米管紧密地粘附在……

石墨烯表面。Tour表示，新型阳极的碳纳米管森林密度低、表面积大，电池充放电时有足够的空间让锂离子颗粒游动。锂金属分布均匀，电解液中带电的锂离子会散开，抑制枝晶的增殖。Tour说：“很多人做电池研究，只关注阳极，因为研究整个电池更困难。为此，我们开发了一种配套的硫基阴极技术，与第一代超高容量锂金属阳极相匹配。目前，研究团队正在重新生产这些电池、阴极和阳极进行中试。”。

规模），上述材料正在测试中。肯塔基大学和中国研究团队关键词：硅基氧化物阳极，非粘性硅基氧化物/碳复合材料，微SiOx/C核壳复合材料。

在充电周期中，当电池单元中的硅与锂相互作用时，其膨胀和收缩可以达到300%。随着时间的推移，它会明显降低电池的性能，短路，最终导致电池报废。为了改善上述缺点并通常保持电池的能量密度，

X≈1）制成锂离子电池的阳极。硅基氧化物阳极的应用硅基氧化物的可逆比容量

具体的

容量）更高，并且循环性能也得到改善。然而，这种材料的体积变化是不可避免的，并且其导电性较弱。现在，中国和美国的研究团队已经发表了自己的研究成果，并发现了两种新的改进方法。美国团队研究成果：非粘性硅基氧化物/碳复合材料肯塔基大学

来自肯塔基州的）研究团队将硅基氧化物颗粒和硫酸盐木质素（硫酸盐

木质素），一种高性能的无粘结剂的合成物。

SiOx/C），其用于制造锂离子电池的电极。经过热处理后，木质素形成导电材料。

矩阵），可以容纳大量硅基氧化物颗粒，并确保电子导电性（电子

电导率）、连接性以及在锂化/脱锂过程中对体积变化的适应。这种材料不需要使用传统的粘合剂或导电剂。由这种复合材料制成的电极的性能是优异的。与体积变化率相对较小（160%）的硅基氧化物电极相比，其机械和电化学性能优异，木质素-碳基体更具弹性，能够适应体积变化。中国团队的研究成果：微型SiOx/C核壳复合材料。中国的研究团队开发了一种制备微SiOx/C核壳复合材料的有效解决方案。研究小组将柠檬酸（柠檬酸）

酸）与球磨制备的硅基氧化物混合碳化，得到均匀的SiOx/C核壳复合材料SiOx微核和柠檬酸碳壳（共形）。

碳壳）碳壳极大地提高了硅基氧化物的导电性，并缓解了在适应锂化/除锂反应过程中的体积变化。由SiOx/C复合材料制成的电极具有1296.3的可逆比容量。

MAh/g，库仑效率高达99.8%，充放电200次后容量保持率为65.1%（843.5）。

毫安时/克）

据研究团队介绍，该复合材料的放电效率优异，这种方法可以实现批量生产，具有成本效益，可以批量生产由SiOx/C复合材料制成的高性能阳极材料。德雷塞尔大学和中国团队关键词：MXene材料，“近即时”充电，超级电容器。

据外媒报道，美国德雷塞尔大学材料科学与工程专业的研究人员与法国和以色列的研究人员一起设计了新型锂电池电极，未来电动汽车充电可能只需几秒钟。新型锂离子电池的电极介绍新型锂离子蓄电池的电极采用了一种名为MXene的二维材料，该材料具有高导电性。研究团队表示，新型锂电池未来可能能够实现电动汽车的“近即时”充电。研究人员Gogotsi在一份声明中宣称：“我们提取了一层薄薄的MXene电极来演示充电速度，整个充电过程只需要几十毫秒。这主要是由于MXene材料的超高导电性，为未来超快储能设备的发展铺平了道路。未来，锂电池的充放电只需几秒钟存储的电能比传统超级电容器的电能高得多。“MXene材料简介MXene是一种扁平的纳米材料，由德雷塞尔大学材料科学与工程系的研究人员于2011年发现。它的外观类似三明治，由氧化物、导电碳和金属填料组成，而氧化物相当于三明治中的面包，填料夹在在中间。在材料制造过程中，研究人员将使用层压方法制造MXene。MXene电极的缺点和改进为了使MXene的锂离子自由移动，研究人员对其结构进行了一些调整。研究人员将MXene与水凝胶混合，水凝胶改变了其结构，使锂离子自由移动。尤里·戈戈西说：“理想的电极结构是多通道结构，这样锂离子就可以高速移动。研究团队开发的大孔电极设计刚刚实现了这一目标，使充电过程在几秒钟内完成。MXene电极的未来前景Gogotsi表示，使用MXene作为电极材料的最大好处在于其导电性。然而，研究团队也承认，电极材料和相关技术看起来很有前景，但在车辆上成功试制和应用后的实际情况仍不确定，但他们表示，一旦应用于车辆和手机，将彻底颠覆目前使用的电池。慕尼黑工业大学关键词：磷酸钴锂阴极，微波合成。

6

据外媒报道，慕尼黑工业大学

慕尼黑，TUM）开发了一种生产高电压阴极材料锂钴的新工艺。

磷酸盐），使其生产更快、更方便，而且价格便宜、质量最好，进一步提高了电动汽车车载电池的性能。TUM研究员Jennifer

Ludwig博士开发了微波合成方法（微波）

合成）：只需一个小型微波炉和0.5小时即可生产出高纯度的磷酸钴锂。首先，将溶剂放入聚四氟乙烯容器中，加入试剂并在微波炉中加热。微波炉的功率不需要太高，只要600瓦就足够了，所需的反应温度为250℃，在此温度下可以引发结晶反应。

7

詹妮弗

路德维希阐明了反应机理，分离出了这些化合物，并确定了它们的结构和特性。由于这种新化合物不适合作为电池材料，她改变了反应条件，只生产她需要的磷酸钴锂。

8

詹妮弗

路德维希的研究工作得到了宝马的支持，她与劳伦斯伯克利国家大学合作。

实验室，LBNL），斯坦福同步辐射源（斯坦福同步辐射）

光源（SSRL）和沃尔瑟·迈纳研究所（W……

)共同开展了此次研究合作。弗吉尼亚联邦大学关键词：固体电解质电导率，锂超离子导体

9

Li3SBF4晶体结构示意图据外媒报道，弗吉尼亚联邦大学（弗吉尼亚联邦）

大学，VCU）的研究人员设计了一种新的锂超离子导体。

导体），其锂离子电导率与有机液体电解质的锂离子电导率相当。在这篇论文中，研究人员声称，基于团簇的锂离子超导体具有极高的电导率，在室温下从0.01S/cm到0.1不等。

S/cm，但活化能较低，低于0.210eV，带隙为8.5。

电子伏特

此外，其力学财产优异且富有弹性，可以抑制锂枝晶的增加。

0

Li3SBF4材料的物理模型在锂离子电池中，带有正极的锂离子流经电解质。固体电解质可以提高安全性、能量值和能量密度。然而，锂离子可以在液体电解质中自由流动。锂离子在固体电解质中的流动性较差，对电导率有不利影响。为了提高固体电解质的导电性，研究人员建立了去除单个负离子的计算模型。负离子簇将取代空位离子。前者是一个电子比质子多的原子团。VCU研究团队的方宏（Hong

Fang博士）和Puru

耶娜教授实现了特定固体电解质扭曲的可视化，并由其他人进行了测试。最初，电解质属于具有反钙钛矿结构的晶体家族。

晶体），它含有由三个锂原子和一个氧原子组成的正离子，正离子与一个氯原子结合，因为后者是负离子。在操作建模中，他们用负离子取代了氯原子，负离子由一个硼原子和四个氟原子组成。

1

Li3S（BF4）0.5Cl0.5晶体结构示意图根据研究发现，锂超离子导体Li3SBF4和Li3S（BF4）0.5Cl0.5具有成为理想固体电解质的潜力。Li3SBF4的能带隙为8.5。

eV和RT的电导率为0.01S/cm，活化能为0.210eV，形成能（形成

能量）相对较小，其机械财产也很理想。而Li3S（BF4）0.5Cl0.5的RT电导率大于0.1S/cm，活化能为0.176eV。两位专家正在实验室合作测试计算模型，旨在探索锂离子电池应用的最终形式。得克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院关键词：纳米金属箔、纳米合金阳极

2

得克萨斯大学奥斯汀分校（得克萨斯大学

奥斯汀，UT Austin）科克雷尔工程学院

工程）的研究人员发现了一种新的阳极材料纳米金属箔，它可以为锂电池的阳极充电。

容量）翻倍，这意味着储能系统在未来将变得更加高效。新的阳极材料组可以节省大量的阳极制造时间和材料消耗，并且只需两个简单的步骤就可以实现锂离子阳极的大规模生产。与目前用于锂离子电池的石墨和黄铜阳极相比，研究人员制造的箔材料的厚度和重量仅为前者的四分之一。Manthiram和他的团队正在开发一种新的阳极材料，这种材料由共晶合金制成，并通过机械轧制加工成纳米结构的金属箔。这项研究的主要作者Kreder意识到，微米级合金阳极可以通过传统的金属合金技术加工成纳米材料。乌尔里希研究中心和橡树岭国家实验室关键词：铁-空气电池，电极积累，电池容量。

3

铁空气电池（铁空气）

电池）具有比目前的锂离子电池高得多的能量密度。此外，它的主要成分“铁”含量丰富，这种材料的价格也很便宜。因此，乌尔里希研究中心和橡树岭国家实验室（ORNL）成功地观察到了电池在运行过程中铁电极上的积聚是如何形成的，观察精度可以达到纳米级。铁空气电池

4

据估计，铁-空气电池的能量密度理论值为1200Wh/kg。相比之下，锂离子电池的电流能量密度约为600Wh/kg。如果考虑电池外壳的重量，其能量密度将低于350Wh/kg。锂空气电池的最大能量密度将达到11400。

Wh/kg，但其技术极其困难和复杂。然而，如果按体积能量密度进行比较，铁-空气电池的性能更好：9700。

Wh/l几乎是当前锂离子电池体积能量密度的五倍（2000 Wh/……

，而锂空气电池的体积能量密度“仅”为6000。

瓦时/升对于许多移动设备来说，铁空气电池仍然很有吸引力，因为体积（空间）要求也已成为移动应用的重要参数指标。乌尔里希研究中心采用了橡树岭国家实验室纳米材料科学中心

用于纳米相材料科学的原位电化学原子力显微镜（原位电化学化学）。

原子力

显微镜）观察了铁-空气电池的充电和放电，并证实了氧化铁颗粒（Fe（OH）2）是如何在铁电极上形成的。（电极的）积累增加了电池容量。

5

累积的纳米多孔层将增加电极的活性表面积，并且在充电和放电循环后电池容量将略有增加。得益于这项研究，研究人员首次获得了纳米多孔层增殖的清晰静脉图。然而，这种产品的市场还需要一段时间才能成熟。研究人员在实验室里进行了数千次充电和放电实验。尽管铁的隔离电极在操作过程中没有损失太多能量，但在使用空气电极作为电池的另一个电极后，铁-空气电池的充电和放电次数仅维持在20-30次。未来，橡树岭国家实验室和尤里奇研究中心将签署合作协议，因为双方自2008年以来加强了在各个科学研究领域的研究。关键词：富锂阴极、非石墨烯、硬质碳、预锂化硬质碳。

6

上海复旦大学能源材料化学协同创新中心的研究人员采用了一种耐寒的硬碳阳极和一种强大的富锂阴极。“不可石墨化”或“硬质”碳是一种低成本的电池电极材料，具有良好的市场前景。即使在低温下，它也能显示出其快速的嵌入能力。

锂离子的动力学）

在电池的充电和放电过程中，锂离子可以通过电解质从阳极移动到阴极，反之亦然。已经证明预锂化的硬碳（预锂化）

硬质碳）是一种强大的锂离子电容器材料。然而，预锂化过程非常复杂且昂贵，涉及纯锂电极。研究人员介绍了一种富含锂的磷酸钒（富含锂）

钒

磷酸盐）阴极，其可用于锂化和常规电池操作。在第一次充电过程中，锂离子将被嵌入并储存。然后，研究人员将磷酸钒阴极与还原的锂离子和预锂化的硬碳阳极（LixC）结合起来，形成了一个锂离子电池工作系统。根据研究人员的解释，这种电池保留了传统锂离子电池的高能量密度，同时表现出类似超级电容器的高功率和长使用寿命。此外，在零下40摄氏度的温度下，其用电量占总用电量的2/3。相比之下，传统的锂电池只有10%的功率。这主要是由于磷酸钒阴极的自然特性和预锂化硬碳阳极的快速反应动力学。目前，研究人员仍在进行进一步的测试，以改进这种电化学电池的其他参数。然而，该产品存在缺陷，其电解质在极冷的条件下会失去导电性。如果这个问题能够得到解决，电池系统可以提供有吸引力的产品设计，实现其最佳性能，并提高电动汽车电池的抗寒性。研究团队开发的大孔电极设计刚刚实现了这一目标，使充电过程在几秒钟内完成。MXene电极的未来前景Gogotsi表示，使用MXene作为电极材料的最大好处在于其导电性。然而，研究团队也承认，电极材料和相关技术看起来很有前景，但在车辆上成功试制和应用后的实际情况仍不确定，但他们表示，一旦应用于车辆和手机，将彻底颠覆目前使用的电池。慕尼黑工业大学关键词：磷酸钴锂阴极，微波合成。

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据外媒报道，慕尼黑工业大学

慕尼黑，TUM）开发了一种生产高电压阴极材料锂钴的新工艺。

磷酸盐），使其生产更快、更方便，而且价格便宜、质量最好，进一步提高了电动汽车车载电池的性能。TUM研究员Jennifer

Ludwig博士开发了微波合成方法（微波）

合成）：只需一个小型微波炉和0.5小时即可生产出高纯度的磷酸钴锂。首先，将溶剂放入聚四氟乙烯容器中，加入试剂并在微波炉中加热。微波炉的功率不需要太高，只要600瓦就足够了，所需的反应温度为250℃，在此温度下可以引发结晶反应。

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詹妮弗

路德维希阐明了反应机理，分离出了这些化合物，并确定了它们的结构和特性。由于这种新化合物不适合作为电池材料，她改变了反应条件，只生产她需要的磷酸钴锂。

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詹妮弗

路德维希的研究工作得到了宝马的支持，她与劳伦斯伯克利国家大学合作。

实验室，LBNL），斯坦福同步辐射源（斯坦福同步辐射）

Lightsource（SSRL）和沃尔瑟·迈纳研究所（WMI）共同开展了此次研究合作。弗吉尼亚联邦大学关键词：固体电解质电导率，锂超离子导体

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Li3SBF4晶体结构示意图据外媒报道，弗吉尼亚联邦大学（弗吉尼亚联邦）

大学，VCU）的研究人员设计了一种新的锂超离子导体。

导体），其锂离子电导率与有机液体电解质的锂离子电导率相当。在论文中，研究人员声称基于团簇的锂离子超导体具有极高的导电性……

在室温下为0.01S/cm至0.1。

S/cm，但活化能较低，低于0.210eV，带隙为8.5。

电子伏特

此外，其力学财产优异且富有弹性，可以抑制锂枝晶的增加。

0

Li3SBF4材料的物理模型在锂离子电池中，带有正极的锂离子流经电解质。固体电解质可以提高安全性、能量值和能量密度。然而，锂离子可以在液体电解质中自由流动。锂离子在固体电解质中的流动性较差，对电导率有不利影响。为了提高固体电解质的导电性，研究人员建立了去除单个负离子的计算模型。负离子簇将取代空位离子。前者是一个电子比质子多的原子团。VCU研究团队的方宏（Hong

Fang博士）和Puru

耶娜教授实现了特定固体电解质扭曲的可视化，并由其他人进行了测试。最初，电解质属于具有反钙钛矿结构的晶体家族。

晶体），它含有由三个锂原子和一个氧原子组成的正离子，正离子与一个氯原子结合，因为后者是负离子。在操作建模中，他们用负离子取代了氯原子，负离子由一个硼原子和四个氟原子组成。

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Li3S（BF4）0.5Cl0.5晶体结构示意图根据研究发现，锂超离子导体Li3SBF4和Li3S（BF4）0.5Cl0.5具有成为理想固体电解质的潜力。Li3SBF4的能带隙为8.5。

eV和RT的电导率为0.01S/cm，活化能为0.210eV，形成能（形成

能量）相对较小，其机械财产也很理想。而Li3S（BF4）0.5Cl0.5的RT电导率大于0.1S/cm，活化能为0.176eV。两位专家正在实验室合作测试计算模型，旨在探索锂离子电池应用的最终形式。得克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院关键词：纳米金属箔、纳米合金阳极

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得克萨斯大学奥斯汀分校（得克萨斯大学

奥斯汀，UT Austin）科克雷尔工程学院

工程）的研究人员发现了一种新的阳极材料纳米金属箔，它可以为锂电池的阳极充电。

容量）翻倍，这意味着储能系统在未来将变得更加高效。新的阳极材料组可以节省大量的阳极制造时间和材料消耗，并且只需两个简单的步骤就可以实现锂离子阳极的大规模生产。与目前用于锂离子电池的石墨和黄铜阳极相比，研究人员制造的箔材料的厚度和重量仅为前者的四分之一。Manthiram和他的团队正在开发一种新的阳极材料，这种材料由共晶合金制成，并通过机械轧制加工成纳米结构的金属箔。这项研究的主要作者Kreder意识到，微米级合金阳极可以通过传统的金属合金技术加工成纳米材料。乌尔里希研究中心和橡树岭国家实验室关键词：铁-空气电池，电极积累，电池容量。

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铁空气电池（铁空气）

电池）具有比目前的锂离子电池高得多的能量密度。此外，它的主要成分“铁”含量丰富，这种材料的价格也很便宜。因此，乌尔里希研究中心和橡树岭国家实验室（ORNL）成功地观察到了电池在运行过程中铁电极上的积聚是如何形成的，观察精度可以达到纳米级。铁空气电池

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据估计，铁-空气电池的能量密度理论值为1200Wh/kg。相比之下，锂离子电池的电流能量密度约为600Wh/kg。如果考虑电池外壳的重量，其能量密度将低于350Wh/kg。锂空气电池的最大能量密度将达到11400。

Wh/kg，但其技术极其困难和复杂。然而，如果按体积能量密度进行比较，铁-空气电池的性能更好：9700。

Wh/l几乎是当前锂离子电池体积能量密度的五倍（2000 Wh/……

，而锂空气电池的体积能量密度“仅”为6000。

瓦时/升对于许多移动设备来说，铁空气电池仍然很有吸引力，因为体积（空间）要求也已成为移动应用的重要参数指标。乌尔里希研究中心采用了橡树岭国家实验室纳米材料科学中心

用于纳米相材料科学的原位电化学原子力显微镜（原位电化学化学）。

原子力

显微镜）观察了铁-空气电池的充电和放电，并证实了氧化铁颗粒（Fe（OH）2）是如何在铁电极上形成的。（电极的）积累增加了电池容量。

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累积的纳米多孔层将增加电极的活性表面积，并且在充电和放电循环后电池容量将略有增加。得益于这项研究，研究人员首次获得了纳米多孔层增殖的清晰静脉图。然而，这种产品的市场还需要一段时间才能成熟。研究人员在实验室里进行了数千次充电和放电实验。尽管铁的隔离电极在操作过程中没有损失太多能量，但在使用空气电极作为电池的另一个电极后，铁-空气电池的充电和放电次数仅维持在20-30次。未来，橡树岭国家实验室和尤里奇研究中心将签署合作协议，因为双方自2008年以来加强了在各个科学研究领域的研究。关键词：富锂阴极、非石墨烯、硬质碳、预锂化硬质碳。

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上海复旦大学能源材料化学协同创新中心的研究人员采用了一种耐寒的硬碳阳极和一种强大的富锂阴极。“不可石墨化”或“硬质”碳是一种低成本的电池电极材料，具有良好的市场前景。即使在低温下，它也能显示出其快速的嵌入能力。

锂离子的动力学）

在电池的充电和放电过程中，锂离子可以通过电解质从阳极移动到阴极，反之亦然。已经证明预锂化的硬碳（预锂化）

硬质碳）是一种强大的锂离子电容器材料。然而，预锂化过程非常复杂且昂贵，涉及纯锂电极。研究人员介绍了一种富含锂的磷酸钒（富含锂）

钒

磷酸盐）阴极，其可用于锂化和常规电池操作。在第一次充电过程中，锂离子将被嵌入并储存。然后，研究人员将磷酸钒阴极与还原的锂离子和预锂化的硬碳阳极（LixC）结合起来，形成了一个锂离子电池工作系统。根据研究人员的解释，这种电池保留了传统锂离子电池的高能量密度，同时表现出类似超级电容器的高功率和长使用寿命。此外，在零下40摄氏度的温度下，其用电量占总用电量的2/3。相比之下，传统的锂电池只有10%的功率。这主要是由于磷酸钒阴极的自然特性和预锂化硬碳阳极的快速反应动力学。目前，研究人员仍在进行进一步的测试，以改进这种电化学电池的其他参数。然而，该产品存在缺陷，其电解质在极冷的条件下会失去导电性。如果这个问题能够得到解决，电池系统可以提供有吸引力的产品设计，实现其最佳性能，并提高电动汽车电池的抗寒性。滑铁卢大学关键词：锂金属、磷、硫、电解质

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滑铁卢大学的这项新研究可能会在电池研发方面取得突破，使电动汽车的续航里程增加三倍。技术突破包括：由锂金属制成的负极，这将大大增强电池的储能能力。储能或能量密度的增加将使电动汽车的续航里程从200公里飙升至600公里。在创造这项技术时，庞和他的同事必须克服两个技术问题。研究人员在电池的电解液中添加了磷和硫等化学物质，同时克服了上述两个问题。这种化学物质会与电池中的锂金属电极发生反应，研究人员还在电池电极上涂上了一层极薄的保护层。该方法在不牺牲安全性或降低电池使用寿命的情况下，提高了电池的性能，充分发挥了锂金属电极的优势，提高了蓄电池的储能能力，极大地提高了电池续航里程。橡树岭国家实验室关键词：电极裂纹

9

橡树岭国家实验室（ORNL）的研究人员提出了一种新的锂离子电池设计概念，其中电机存在裂纹，可以避免汽车事故中电池故障的风险。这种设计理念可能会让电池制造商按比例减少外壳材料，这通常可以防止电动汽车的机械损坏，并提高整体能量密度和成本。该团队对样品进行了压力测试，使用一个大金属球压制标准锂离子电池。压下这个电池后，它看起来像一个西红柿，但它的电池容量仍然可以达到初始值的93%。如果用标准电池更换，同样的伤害也会导致电池完全放电和故障。对于这种重新设计的电池，电极裂纹的产生只会增加少量的制造成本，并且不需要对电池进行重大更改。该团队相信，未来这项技术的应用规模将会扩大。然而，目前还需要更多的测试。加州大学河滨分校伯恩斯工程学院关键词：硅硫燃料电池架构，硅硫燃料细胞

0

据外媒报道，加州大学河滨分校的研究人员开发了新技术，利用硫电极和硅电极制造高性能锂离子电池。这种硅硫燃料电池（SSFC）架构逐渐融入……

速率控制的纯锂离子进入电池系统。在C/10的条件下，经过250次充电和放电，能量密度仍然高达350Wh/kg。研究人员使用了纳米硅结构、导电剂（导电）

添加剂）和粘合剂，最终解决了上述问题，并制备了用于燃料电池的硫阴极和硅阳极。目前，研究人员使用硫化锂（锂）

硫化物）或硅化锂使得燃料电池的能量密度高达600Wh/kg。然而，这种燃料电池的充电和放电时间通常很短，通常不到50次，而且这种材料还需要特殊的设备，在加工方面有很多限制。为了创造一种新的SSFC架构，该团队在传统的燃料电池架构技术中添加了锂箔，使锂箔可以在充电和放电过程中与集电器接触，并将锂箔集成到燃料电池系统中，从而控制嵌入的锂离子的量。在半个单元格中（半个）

电池），纯锂将被用作阳极材料，这将导致用户对树枝状晶体生长感兴趣（树枝状晶体的形成，树枝状

形成）和锂腐蚀。在全电池模式下，可以使用硅来制造阳极，这可以缓解纯锂阳极带来的安全问题，并确保燃料电池获得所需的高功率。这种方法可以使受控的锂负载弥补固体电解质界面膜（SEI）的形成和锂的降解，提高燃料电池的循环寿命。

生命）此外，该电池还采用了交流阻抗（EIS）、循环伏安法（CV）和恒流间歇滴定法（GITT）等多种方法。这项研究将为硅硫燃料电池的未来研发奠定基础。亚利桑那州立大学关键词：陶瓷、锂离子电池

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来自亚利桑那州立大学的专家Chan提议用陶瓷代替易燃电解质。大多数安全问题是由短路引起的，电解液容易着火，从而导致气体排放和材料降解等连锁反应。最重要的安全措施是避免锂离子相关电子设备过度充电或过热。如果电池暴露在高温下，电池寿命将缩短。该团队正在探索将陶瓷纳米材料与锂离子导电性与聚合物集成，旨在获得理想的固体电解质，确保其良好的机械财产、高锂离子导电率，并提高其安全性能。关键词：中空二氧化硅微球结构，非均质结构，复合微笼结构。

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美国化学学会期刊在《纳米快报》上发表了一篇论文。研究人员使用了空心二氧化硅微球（空心二氧化硅）。

微球）结构，用于含有锂离子，其碳纳米管可以抑制枝晶生长（枝晶

增长）由于对枝晶生长的抑制，在200多次充电和放电后，电极仍然可以保持高达99%的高速电镀/剥离效率。最近，业界提出采用电解液添加剂（电解液

添加剂）、稳定的界面层和改性的电极。

电极）等方法，旨在解决锂金属阳极的关键问题。已经证明，通过结构来调节锂枝晶的积累是最有效的方法。尽管非均质结构（非均质

结构）调节沉积行为（沉积

行为）起着重要作用，但锂金属的精细控制机制受到电泳沉积的限制。

条件），例如沉积容量和电流密度。

密度）因此，如果沉积性能过高，则有必要改善非均匀结构并引导其均匀沉淀。该团队设计了复合材料微型笼状结构。

微芯片），具有碳纳米管芯和多孔二氧化硅护套。

鞘）

复合材料的微型笼状结构可以含有锂金属，其异质结构可以用作锂离子阱。在实验过程中，研究团队发现锂金属可以被有效地捕获，并且其电化学性能优异。滑铁卢大学关键词：锂金属、磷、硫、电解质

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滑铁卢大学的这项新研究可能会在电池研发方面取得突破，使电动汽车的续航里程增加三倍。技术突破包括：由锂金属制成的负极，这将大大增强电池的储能能力。储能或能量密度的增加将使电动汽车的续航里程从200公里飙升至600公里。在创造这项技术时，庞和他的同事必须克服两个技术问题。研究人员在电池的电解液中添加了磷和硫等化学物质，同时克服了上述两个问题。这种化学物质会与电池中的锂金属电极发生反应，研究人员还在电池电极上涂上了一层极薄的保护层。该方法在不牺牲安全性或降低电池使用寿命的情况下，提高了电池的性能，充分发挥了锂金属电极的优势，提高了蓄电池的储能能力，极大地提高了电池续航里程。橡树岭国家实验室关键词：电极裂纹

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橡树岭国家实验室（ORNL）的研究人员提出了一种新的锂离子电池设计概念，其中电机存在裂纹，可以避免汽车事故中电池故障的风险。这种设计理念可能会让电池制造商按比例减少外壳材料，这通常可以防止电动汽车的机械损坏，并提高整体能量密度和成本。该团队对样品进行了压力测试，使用一个大金属球压制标准锂离子电池。压下这个电池后，它看起来像一个西红柿，但它的电池容量仍然可以达到初始值的93%。如果用标准电池更换，同样的伤害也会导致电池完全放电和故障。对于这种重新设计的电池，电极裂纹的产生只会增加少量的制造成本，并且不需要对电池进行重大更改。该团队相信，未来这项技术的应用规模将会扩大。然而，目前还需要更多的测试。加州大学河滨分校伯恩斯工程学院关键词：硅硫燃料电池架构，硅硫燃料细胞

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据外媒报道，加州大学河滨分校的研究人员开发了新技术，利用硫电极和硅电极制造高性能锂离子电池。这种硅硫燃料电池（SSFC）架构逐渐将受控的纯锂离子集成到电池系统中。在C/10的条件下，经过250次充电和放电，能量密度仍然高达350Wh/kg。研究人员使用了纳米硅结构、导电剂（导电）

添加剂）和粘合剂，最终解决了上述问题，并制备了用于燃料电池的硫阴极和硅阳极。目前，研究人员使用硫化锂（锂）

硫化物）或硅化锂使得燃料电池的能量密度高达600Wh/kg。然而，这种燃料电池的充电和放电时间通常很短，通常不到50次，而且这种材料还需要特殊的设备，在加工方面有很多限制。为了创造一种新的SSFC架构，该团队在传统的燃料电池架构技术中添加了锂箔，使锂箔可以在充电和放电过程中与集电器接触，并将锂箔集成到燃料电池系统中，从而控制嵌入的锂离子的量。在半个单元格中（半个）

电池），纯锂将被用作阳极材料，这将导致用户对树枝状晶体生长感兴趣（树枝状晶体的形成，树枝状

形成）和锂腐蚀。在全电池模式下，可以使用硅来制造阳极，这可以缓解纯锂阳极带来的安全问题，并确保燃料电池获得所需的高功率……

这种方法可以使受控的锂负载弥补固体电解质界面膜（SEI）的形成和锂的降解，提高燃料电池的循环寿命。

生命）此外，该电池还采用了交流阻抗（EIS）、循环伏安法（CV）和恒流间歇滴定法（GITT）等多种方法。这项研究将为硅硫燃料电池的未来研发奠定基础。亚利桑那州立大学关键词：陶瓷、锂离子电池

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来自亚利桑那州立大学的专家Chan提议用陶瓷代替易燃电解质。大多数安全问题是由短路引起的，电解液容易着火，从而导致气体排放和材料降解等连锁反应。最重要的安全措施是避免锂离子相关电子设备过度充电或过热。如果电池暴露在高温下，电池寿命将缩短。该团队正在探索将陶瓷纳米材料与锂离子导电性与聚合物集成，旨在获得理想的固体电解质，确保其良好的机械财产、高锂离子导电率，并提高其安全性能。关键词：中空二氧化硅微球结构，非均质结构，复合微笼结构。

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美国化学学会期刊在《纳米快报》上发表了一篇论文。研究人员使用了空心二氧化硅微球（空心二氧化硅）。

微球）结构，用于含有锂离子，其碳纳米管可以抑制枝晶生长（枝晶

增长）由于对枝晶生长的抑制，在200多次充电和放电后，电极仍然可以保持高达99%的高速电镀/剥离效率。最近，业界提出采用电解液添加剂（电解液

添加剂）、稳定的界面层和改性的电极。

电极）等方法，旨在解决锂金属阳极的关键问题。已经证明，通过结构来调节锂枝晶的积累是最有效的方法。尽管非均质结构（非均质

结构）调节沉积行为（沉积

行为）起着重要作用，但锂金属的精细控制机制受到电泳沉积的限制。

条件），例如沉积容量和电流密度。

密度）因此，如果沉积性能过高，则有必要改善非均匀结构并引导其均匀沉淀。该团队设计了复合材料微型笼状结构。

微芯片），具有碳纳米管芯和多孔二氧化硅护套。

鞘）复合材料的微型笼状结构可以含有锂金属，其异质结构可以用作锂离子阱。在实验过程中，研究团队发现锂金属可以被有效地捕获，并且其电化学性能优异。

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