新型電極材料有助提高鋰離子電池容量

    鋰電世界  近年來，電動汽車因其環(huán)保特性而備受推崇，但與汽油車相比，較短的行駛里程限制了其進一步的發(fā)展。

    日前，新加坡科技研究局下屬材料與工程研究院的劉兆林（音譯）與中國復旦大學的于艾水（音譯）等研究人員，通過研制一種新型鋰離子電極材料，增大了鋰離子電池的容量，或將幫助電動汽車行駛得更遠。相關研究成果日前發(fā)表于《電化學通訊》。

    據(jù)了解，鋰離子電池通過使鋰離子在電極兩端來回穿梭實現(xiàn)充電與放電過程。例如，在充電時，鋰離子從通常由鋰鈷氧化物制造的陽極材料上脫嵌，穿過隔膜和電解液，嵌入到陰極中。放電則以相反的過程進行。

    在通常情況下，鋰離子電池的陰極由充斥著微小孔隙的石墨材料制造。之前有研究發(fā)現(xiàn)，相比石墨材料，氧化鐵材料能夠讓電池擁有更大的容量。但用氧化鐵材料作為陰極的電池的充電過程十分緩慢，同時，這種材料在經(jīng)歷數(shù)次充放電循環(huán)之后，就會被鋰離子破壞，進而影響電池容量。

    而在最新的研究中，劉兆林和于艾水推測，相比氧化鐵陰極，陰極由氧化鐵納米粒子制造的電池的充電過程或許將會快許多，因為這種納米材料的孔隙十分合適鋰離子嵌入。并且，這些孔隙還能夠隨著鋰離子嵌入而作出相應的改變。

    為了驗證這一想法，研究人員通過在水中加熱硝酸鐵，得到了大小為5納米的氧化鐵粒子，也就是α-Fe2O3。然后，他們將這些粒子與炭黑粉末相混合，利用聚偏二氟乙烯加以固定，將這一混合物覆蓋在銅箔上面，最終制成電池陰極。

    實驗表明，在第一輪充放電過程中，使用新型陰極電池的轉化效率為傳統(tǒng)電池的75%~78%，但是，經(jīng)過幾輪充放電，新型電池的效率達到了傳統(tǒng)電池的98%。

    對此，研究人員表示，電池的效率之所以會逐漸提高，是因為在前幾輪的充放電過程中，氧化鐵納米粒子被分解到合適的尺寸。而98%這一數(shù)據(jù)則表明，新型電池已經(jīng)十分接近目前商用鋰電池的水平。

    此后的實驗表明，大約在230次循環(huán)之后，新型電池的效率還維持在97%左右。而且令人欣喜的是，這種電池的容量達到了1009毫安時/克，幾乎比傳統(tǒng)石墨陰極電池高出了三倍。同時，新型電池沒有遇到困擾其他氧化鐵陰極電池的退化問題。