鉅大LARGE | 點擊量：444次 | 2023年01月11日
美國利用磷制新陽極 可將鋰電池容量提高至少9倍
（：阿貢國家實驗室）
據(jù)外媒報道，美國阿貢國家實驗室（ArgonneNationalLaboratory）的科學家們在高容量鋰電池研發(fā)方面取得了新進展，可滿足日益上升的電池消費需求。
隨著路上的電動汽車越來越多，人們對消費電子產(chǎn)品依賴性日益增強，研發(fā)高容量，或者能夠存儲大量電量的鋰電池的需求也隨之高漲。
新增鋰電池總?cè)萘康钠渲幸环N方法是新增陽極或負極的能量容量。在過去幾十年中，最先進的鋰電池都由石墨陽極制成，石墨的能量容量是固定的，意味著其容量不會衰減，而且此種材料不會開裂，即使電池經(jīng)過了1000次的充放電循環(huán)。不過，石墨的理論能量容量較低，無法滿足當今社會日益上升的能源需求。
在一項新研究中，由美國能源部阿貢國家實驗室研究人員領(lǐng)導的一支研究團隊展示了一種容量更高的陽極材料。該復合材料最初為鈉離子電池研發(fā)，而商用鈉離子電池比鋰電池的使用次數(shù)更少。于是，該項研究就試圖將此種材料應用到鋰電池中。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
最近，有兩種材料站到了下一代電池陽極研究的前沿硅和磷。理論上，硅和磷的能量容量至少是石墨的10倍，即可以超過鋰電池的能量容量要求。根據(jù)阿貢國家實驗室杰出研究員兼高級材料科學家KhalilAmine所說，硅有兩個問題，其一是充電過程中，硅在鋰化時會大面積膨脹，可能會導致此種陽極材料斷裂，從而導致電池能量容量損失。
第二個問題和初始庫倫效率（ICE）有關(guān)。當電池完成一個完整的充放電循環(huán)后，從理論上看，電池電荷輸出應該和電荷輸入一致。但是，由于鋰和陽極材料發(fā)生反應，電荷輸出中的一些能量會損失掉。為了研發(fā)實用性鋰電池，在首次充放電循環(huán)時，電池輸出電荷和輸入電荷的比率應該在90%以上，即庫倫效率要達90%。但是，硅陽極鋰電池的庫倫效率低于80%，導致此種電池不實用。
于是，阿貢國家實驗室的研究人員研究了兩種磷：黑磷和紅磷。研究人員表示：磷的能量容量很高，庫倫效率也很高，超過90%。庫倫效率高于90%意味著陽極材料和電解質(zhì)之間幾乎沒有發(fā)生副反應，在電池初始充放電循環(huán)中鋰的損失并不多。
因此，該團隊自主研發(fā)了陽極復合材料，重要由黑磷和導電碳化合物組成，其中黑磷是一種理論上容量很高的導體。為了打造該復合材料，研究人員還將大塊的磷和導電碳研磨成微米大小的顆粒，以新增陽極的密度。
當測量電池的壽命周期，即可以充放電多少次時，研究人員采用了阿貢國家實驗室先進光子源（APS）和納米材料中心（CNM），這兩個都是能源部科學用戶設施辦公室下屬機構(gòu)。采用APS現(xiàn)場存儲環(huán)光源X射線衍射以及CNM的現(xiàn)場掃描電子顯微鏡，該團隊可以觀察到電池反復充放電時，陽極相位和體積的變化情況。
在證明了黑磷復合材料具有穩(wěn)定性后，該團隊研發(fā)了由紅磷制成的復合材料。盡管黑磷的導電性比紅磷好，但是在用于市場應用時太昂貴。在采用了經(jīng)濟實惠的紅磷復合材料后，該電池的穩(wěn)定性和采用黑磷的電池類似，而且還具有很高的庫倫效率以及很高的實際容量。
目前，該團隊正在研究重要由紅磷制成的復合材料，而且該材料也顯示出很有發(fā)展前景的結(jié)果。
