面向下一代高比能鋰電池的技術(shù)瓶頸，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室取得重要進(jìn)展。研究人員首次發(fā)現(xiàn)富鋰錳基正極材料的“熱縮”特性，并巧妙利用這一特性幫助富鋰錳基正極材料實(shí)現(xiàn)“返老還童”，讓老化的電池恢復(fù)電壓，為開(kāi)發(fā)更智能、更耐用的下一代鋰電池提供全新思路。4月16日，相關(guān)研究成果在《自然》發(fā)表。
與目前已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的磷酸鐵鋰和三元材料等正極材料相比，富鋰錳基正極材料更加“電力十足”，放電比容量達(dá)300毫安時(shí)每克，可以將電池能量密度提升30%以上，同時(shí)兼具顯著的成本優(yōu)勢(shì)。“新能源汽車乃至低空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要長(zhǎng)續(xù)航的動(dòng)力電池，而要讓電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航提升至七八百公里甚至更長(zhǎng)，富鋰錳基正極材料的作用非常關(guān)鍵。”中國(guó)科學(xué)院寧波材料所研究員劉兆平說(shuō)。
當(dāng)然，富鋰錳基正極材料也有缺點(diǎn)，它的使用壽命和電壓穩(wěn)定性仍存在短板，目前還難以替代現(xiàn)有的商業(yè)化電池材料。劉兆平介紹，反復(fù)充放電過(guò)程中，富鋰錳基材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)逐漸變得無(wú)序，導(dǎo)致電池電壓逐漸下降，出現(xiàn)老化現(xiàn)象。“這更像是我們常說(shuō)的‘虛電’，雖然電池顯示缺電，仍然有部分能量以晶格扭曲和結(jié)構(gòu)無(wú)序的形式儲(chǔ)存在其中，只是無(wú)法釋放出來(lái)。”
一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，團(tuán)隊(duì)成員在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在世界上首次發(fā)現(xiàn)了富鋰錳基材料的特殊性質(zhì)——受熱收縮。這意味著，通過(guò)適當(dāng)加熱，材料在收縮過(guò)程中可以讓原子排列得更緊密，實(shí)現(xiàn)晶體重新整齊列隊(duì)，電池電壓也能快速恢復(fù)。“我們通過(guò)大科學(xué)裝置，反復(fù)‘照亮’材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，終于解析出它背后的原理。”中國(guó)科學(xué)院寧波材料所副研究員邱報(bào)感慨，通過(guò)控制材料結(jié)構(gòu)從混亂到有序的轉(zhuǎn)化規(guī)律，團(tuán)隊(duì)就能在微觀尺度上設(shè)計(jì)出更高效、更耐用的材料。
基于這項(xiàng)技術(shù)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一套簡(jiǎn)單的電池修復(fù)策略，可幫助富鋰錳基電池恢復(fù)“出廠設(shè)置”。劉兆平表示，目前，借助這一策略，富鋰錳基電池可以實(shí)現(xiàn)近千次的充放循環(huán)。“這是目前科學(xué)界最有效解決富鋰錳基電池弱點(diǎn)的方案，當(dāng)然，這與目前新能源汽車的循環(huán)還有一定差距，我們還要繼續(xù)努力。”他說(shuō)，目前科研團(tuán)隊(duì)正在與相關(guān)企業(yè)對(duì)接，希望盡快將材料推向市場(chǎng)，預(yù)計(jì)在3年內(nèi)，富鋰錳基電池能實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用，2030年有望實(shí)現(xiàn)規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用。本次研究成果不僅為高比能電池技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)，還有望改變未來(lái)電池的設(shè)計(jì)和使用方式。
面向下一代高比能鋰電池的技術(shù)瓶頸，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室取得重要進(jìn)展。研究人員首次發(fā)現(xiàn)富鋰錳基正極材料的“熱縮”特性，并巧妙利用這一特性幫助富鋰錳基正極材料實(shí)現(xiàn)“返老還童”，讓老化的電池恢復(fù)電壓，為開(kāi)發(fā)更智能、更耐用的下一代鋰電池提供全新思路。4月16日，相關(guān)研究成果在《自然》發(fā)表。
與目前已經(jīng)商業(yè)化應(yīng)用的磷酸鐵鋰和三元材料等正極材料相比，富鋰錳基正極材料更加“電力十足”，放電比容量達(dá)300毫安時(shí)每克，可以將電池能量密度提升30%以上，同時(shí)兼具顯著的成本優(yōu)勢(shì)。“新能源汽車乃至低空經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需要長(zhǎng)續(xù)航的動(dòng)力電池，而要讓電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航提升至七八百公里甚至更長(zhǎng)，富鋰錳基正極材料的作用非常關(guān)鍵。”中國(guó)科學(xué)院寧波材料所研究員劉兆平說(shuō)。
當(dāng)然，富鋰錳基正極材料也有缺點(diǎn)，它的使用壽命和電壓穩(wěn)定性仍存在短板，目前還難以替代現(xiàn)有的商業(yè)化電池材料。劉兆平介紹，反復(fù)充放電過(guò)程中，富鋰錳基材料內(nèi)部的晶體結(jié)構(gòu)逐漸變得無(wú)序，導(dǎo)致電池電壓逐漸下降，出現(xiàn)老化現(xiàn)象。“這更像是我們常說(shuō)的‘虛電’，雖然電池顯示缺電，仍然有部分能量以晶格扭曲和結(jié)構(gòu)無(wú)序的形式儲(chǔ)存在其中，只是無(wú)法釋放出來(lái)。”
一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，團(tuán)隊(duì)成員在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在世界上首次發(fā)現(xiàn)了富鋰錳基材料的特殊性質(zhì)——受熱收縮。這意味著，通過(guò)適當(dāng)加熱，材料在收縮過(guò)程中可以讓原子排列得更緊密，實(shí)現(xiàn)晶體重新整齊列隊(duì)，電池電壓也能快速恢復(fù)。“我們通過(guò)大科學(xué)裝置，反復(fù)‘照亮’材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，終于解析出它背后的原理。”中國(guó)科學(xué)院寧波材料所副研究員邱報(bào)感慨，通過(guò)控制材料結(jié)構(gòu)從混亂到有序的轉(zhuǎn)化規(guī)律，團(tuán)隊(duì)就能在微觀尺度上設(shè)計(jì)出更高效、更耐用的材料。
基于這項(xiàng)技術(shù)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一套簡(jiǎn)單的電池修復(fù)策略，可幫助富鋰錳基電池恢復(fù)“出廠設(shè)置”。劉兆平表示，目前，借助這一策略，富鋰錳基電池可以實(shí)現(xiàn)近千次的充放循環(huán)。“這是目前科學(xué)界最有效解決富鋰錳基電池弱點(diǎn)的方案，當(dāng)然，這與目前新能源汽車的循環(huán)還有一定差距，我們還要繼續(xù)努力。”他說(shuō)，目前科研團(tuán)隊(duì)正在與相關(guān)企業(yè)對(duì)接，希望盡快將材料推向市場(chǎng)，預(yù)計(jì)在3年內(nèi)，富鋰錳基電池能實(shí)現(xiàn)初步應(yīng)用，2030年有望實(shí)現(xiàn)規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用。本次研究成果不僅為高比能電池技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)，還有望改變未來(lái)電池的設(shè)計(jì)和使用方式。
本文鏈接：http://jphkf.cn/news-2-1775-0.html中國(guó)科學(xué)院鋰電池研究有新突破
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