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【兴诚捷·盘点】2016年锂电池新技术盘点

动力电池网2021-06-08 14:27:09


导语

锂电行业要永续发展,创新是绕不开的话题。而在各个公开场合,倡导技术和材料的革新也被专家和企业反复的提及。虽然大学及科研院所是目前技术创新的主体,距离市场化还有一定的距离,但这些创新结果也给企业的技术创新指明了方向。


下面,就让我们来看看即将过去的2016年,都有那些创新的技术被推出,而他们对于锂电池的发展又有那些影响:


01
锂电池新技术使能量密度提高30% 成本降低


哥伦比亚大学材料科学与工程学院的助理教授杨远开发了一种提高锂离子电池能量密度的全新方法。该电池采用三层电极,使用“PMMA”材料来隔绝锂与空气以及水分接触,然后在PMMA聚合物上加一层人造石墨或硅纳米颗粒等活性材料。使得电池电量更加持久、制造成本进一步降低,该研究可以将锂电池的能量密度提高10-30%。


02
新型软性导电碳材料提升LiFePO4材料性能


北京大学深圳研究生院从电极结构方面进行了研究,提出了软性碳导电剂SCC的概念,软性碳材料导电剂相比于硬碳导电剂能和活性物质颗粒之间产生更大的接触面积,从而使得电流分布和Li+分布更加均匀,从而减少在充放电过程中正极材料的极化,从而显著的提升材料的容量和倍率性能。


03
锂电池三元层状NMC材料研究取得新进展


北京大学深圳研究生院对锂电池三元层状NMC材料开展了系统研究,对锂的扩散机理及高低温的性能开展了系统的研究,发现NMC622具有最好的高低温的性能。


三元层状正极材料的稳定性与晶格结构中最不稳定的氧有关, 通过此模型,他们系统地揭示了层状材料中锂的含量、过渡金属元素的含量及价态、Ni/Li反位缺陷等因素对氧稳定性的调控。


04
加州大学研发出可重复充电无损电池


美国加州大学尔湾分校博士生Mya Le Thai和她的研究团队,成功研发出一种近乎永续的充电池。


Mya Le Thai则发现,只要把纳米线涂在二氧化锰上,再用类似塑胶玻璃(Plexiglas)凝胶包裹,就可以大大加强纳米线的强度。加州大学化学系主任Reginald Penner 指:“仅通过使用这种纳米线电容器(PMMA),充电池可以重覆充电几十万次而没出现任何损耗。”


05
空心球包裹硫正极材料用于高性能锂硫电池


新加坡南洋理工大学楼雄文课题组提出了一种高性能锂硫电池的TiO@C空心球包裹S的正极材料。


TiO@C纳米空心球具有很好的导电性能和很强的吸附聚合硫化物的能力,所以在电极材料中能提供良好的导电性并有效地限制了聚硫化物的溶解。除此之外,在复合正极材料结构上的特殊设计也使聚硫化物的上限容量达到最大化,从而阻碍了聚硫化物向外流失。


06
低膨胀层状无定形Si负极材料


加拿大达尔豪斯大学的Leyi Zhao等人利用锂硅合金脱锂工艺合成了一种具有层状结构的无定形Si负极材料,在循环过程中该材料嵌锂和脱锂过程中材料的体积膨胀要明显小于普通的Si负极材料,因此材料的循环性能也得到了显著的提升。不过也造成了材料的振实密度较低,使得使用该材料的电池体积能量密度较低。


07
中空碳微球高性能负极材料


北京理工大学研究研究人员基于介孔碳技术开发了一种微孔—介孔中空碳微球锂离子电池负极材料,该材料的比表面积高达396m2/g,该材料不仅具有高容量特性,并且具有良好的循环性能和倍率性能。不过,目前该方法还仅仅停留在实验室水平,还需要进一步研究,降低成本,提高材料的性能。


08
三维碳纳米管电极结构大大提高S含量


中科大研究人员利用微米级长度的碳纳米管研制了一种超厚三维石墨泡沫集流体结构(CNT-UGF),由于使用CNT-UGF的硫电极不需要使用粘结剂和导电剂,以及集流体,因此可以将S的含量提高到43%(2.4mg/cm2的涂布密度)。


同时该中电极结构能够很好的抑制电极的衰降,经测试在0.5C的倍率下,循环400次后,容量衰降率仅为0.063%/次。


09
有机硅在锂电池上有新用途


南京大学朱嘉教授的课题组设计了一种改进的聚二甲基硅氧烷(PDMS)纳米孔薄膜,有效地提高并了电池的库伦效率,在长期循环后库伦效率仍能保持在95%以上,这对于当前锂电池循环寿命的提高是十分有意义的。


除此之外,该PDMS薄膜能够与不同的电极材料兼容。电池的电化学性能有望得到进一步的提高,为发展高性能的锂金属电池提供了思路 。


10
石墨烯纸电池电极可减轻电池总重量10%


美国堪萨斯州立大学工程师研发出一种类似纸一样的电池电极,该团队通过被称为硅碳氧化物的玻璃陶瓷夹在化学或非化学改性的石墨烯片状材料中,构成三明治结构的电极。


此种电池电极具备很多特性:比其他电池电极轻10%之多,循环效率接近100%,超过1000次充电放电循环;制作材料成本低廉;可在零下15℃时正常工作,可广泛应用于航天航空领域。


11
中科院锂硫电池创造最高负载量纪录


中科院理化技术研究所功能高分子材料研究中心发展了一种在三维多孔碳(3DPGC)结构中原位制备并负载硫的新方法,硫在保持纳米分散的前提下,负载量达到90%,创造了硫的最高负载量纪录,电极初始比容量高达1382mAhg-1;硫的原位负载还形成碳硫键,经过1000次循环后,平均每次循环的容量衰减仅为0.039%,达到了当前的最高循环稳定性。


12
黑磷改性隔膜提升锂硫电池性能


科学家将黑磷纳米片沉积在商用聚丙烯隔膜的表面,以通过物理吸附和化学键合的方式增强隔膜对多硫化物的阻碍作用。


黑磷改性后的隔膜用于锂硫电池中,100圈循环后容量保持率为86%,而石墨烯改性后的隔膜对应的电池的容量保持率仅为66%。黑磷的应用为提高锂硫电池的性能打开了新的大门 。


13
超强锂氧电池面市续航里程或翻倍


麻省理工主导的研究团队日前公布了新研发的锂氧电池,由于具备更轻的重量、使用固态氧元素并且自带防止过充机制,安全性更高;其较锂空气电池具有明显优势,有望在电动汽车领域推广,解决续航里程以及电池安全问题。


该电池的更大优势在于它无需使用昂贵的稀有材料,该电池的碳酸盐电解质非常便宜,因此具有大规模应用的潜力。


14
可行驶约400公里的纯电动汽车(EV)用锂离子电池技术


与以往的电池相比,容量增至2倍,行驶距离比目前的纯电动汽车延长约4成。电极采用镍合金等,通过实施增加厚度等改良,可以存储大量电力。同时还提高了耐久性,即使反复充放电,性能也不会降低。日立表示,力争将该电池在2020年实现实用化。


15
20多种固体电解质锂离子电池技术


近期斯坦福大学的研究员们通过人工智能以及机器学习的方法,找到了20多种固体电解质,据称它们在未来有可能替代易燃电解液应用在手机、笔记本以及其他电子设备中,旨在提高电池的安全性能。


Sendek认为固态电解质最主要的优点就是稳定性高,而且相比于有机溶剂,固体不易爆炸和挥发,同时还会使得电池的结构更强。