世界頂尖鋰電池研究團(tuán)隊(duì)及其研究進(jìn)展

電池技術(shù)在社會(huì)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(diǎn)被廣泛應(yīng)用在能量存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)化的領(lǐng)域中。如今鋰離子電池已經(jīng)作為動(dòng)力電池在電動(dòng)汽車如特斯拉，比亞迪中使用，具有極大的市場份額，預(yù)計(jì) 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(shí)鋰離子嵌入，充電時(shí)鋰離子脫嵌。
充電時(shí)： LiCoO2 → Li1-xCoO2+ xLi ++ xe-
放電時(shí)： Li1-xCoO2 + xLi ++ xe- → LiCoO2
負(fù)極反應(yīng)：放電時(shí)鋰離子脫嵌，充電時(shí)鋰離子嵌入。
充電時(shí)： xLi ++ xe- + C6 → LixC6
放電時(shí)： LixC6→ xLi ++ xe- + C6
然而，鈷酸鋰材料的實(shí)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(dòng)力電池時(shí)使得電動(dòng)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(dòng)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(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)做簡單介紹，并對該行業(yè)的熱點(diǎn)研究方向進(jìn)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(jī)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(huì)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(jì)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(shí)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(xiàng)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(huì)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(huì)外籍院士，已發(fā)表期刊論文 400 逾篇，發(fā)表論文累計(jì)引用 55100 余次， H 因子為 97。
Bruce 教授團(tuán)隊(duì)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(jī)理的研究。

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| 發(fā)布時(shí)間：2018.05.28 來源：充電器廠家

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