摘 要
2017年初，各種電池技術(shù)取得重大突破的喜訊層出不窮，小編特遴選2017年最受矚目八大鋰電技術(shù)突破，且看下文：
摘 要
2017年初，各種電池技術(shù)取得重大突破的喜訊層出不窮，小編特遴選2017年最受矚目八大鋰電技術(shù)突破，且看下文：
01
韓國(guó)研發(fā)新款鋰電池 續(xù)航力提高兩倍
光州科學(xué)技術(shù)院GIST 材料科學(xué)與工程系教授 Eom Gwang-sup 和麻省理工學(xué)院電子研究實(shí)驗(yàn)室博士后研究員 Lee Jung-tae 攜手合作，研發(fā)出最新款鋰電池，新的鋰電池儲(chǔ)電量達(dá)到 4 倍，電池續(xù)航力也多達(dá)兩倍。
韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)采用全新的材料矽和硫制作電池陰陽(yáng)極，最新的鋰電池每公克可儲(chǔ)存約 500 mAh 的電力，相較之下市面上的電池每公克則僅能儲(chǔ)存 100-150 mAh 的電力。這代表電動(dòng)車(chē)每充電一次即可跑 300 公里。新款鋰電池在充、放電 1,500 回之后，電池容量只會(huì)萎縮 19%。也就是說(shuō)，若用戶每天充電一次，可穩(wěn)定使用 4 年、不需更換電池;若將新款鋰電池應(yīng)用到智能手機(jī)，那么手機(jī)的重量可減少一半。
02
美合成出納米新材料 導(dǎo)電性?xún)?yōu)于石墨烯
美國(guó)研究人員首次合成出層狀2D結(jié)構(gòu)的電子晶體，從而將這一新興材料帶入納米材料“陣營(yíng)”。研究人員表示，合成層狀電子晶體導(dǎo)電性能甚至優(yōu)于石墨烯，有望用于研制透明導(dǎo)體、電池電極、電子發(fā)射裝置以及化學(xué)催化劑等諸多領(lǐng)域。
在新研究中，北卡羅萊納大學(xué)教堂山分校應(yīng)用物理和化學(xué)副教授斯科特·沃倫帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，用氮化二鈣分子合成出只有幾個(gè)納米薄的2D單層電子晶體，還利用液體剝離技術(shù)設(shè)法讓大量納米單層電子晶體懸浮在溶液中，其中一種溶劑甚至能讓氮化二鈣納米單層穩(wěn)定懸浮一個(gè)月之久仍能維持很好的電學(xué)特性。
沃倫團(tuán)隊(duì)還通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，新2D納米單層電子晶體具有與金屬鋁相當(dāng)?shù)膶?dǎo)電性；透明度也很高，10納米厚氮化二鈣薄膜的透光率達(dá)到97%；其表面結(jié)也達(dá)到現(xiàn)有電子晶體中最高值。研究人員表示，這些特性將導(dǎo)致新材料在諸多領(lǐng)域的應(yīng)用，比如開(kāi)發(fā)高透明性導(dǎo)電薄膜；沃倫還在與本田公司合作，用這類(lèi)新材料研制高級(jí)電池。
03
新型“智能”靜電紡絲分離器 可防止鋰電池燃燒
美國(guó)斯坦福大學(xué)的研究人員，制造了一種新型“智能”靜電紡絲分離器，它具有熱量觸發(fā)機(jī)制，內(nèi)部含有阻燃劑，可用于防止鋰離子電池燃燒。
在這種結(jié)構(gòu)中，阻燃劑包裝在聚合物保護(hù)殼的內(nèi)部，以防阻燃劑直接溶解到電解液中，從而給電池性能造成負(fù)面影響。當(dāng)鋰電池內(nèi)部的熱量過(guò)高時(shí)，聚合物保護(hù)殼會(huì)因?yàn)楦邷囟l(fā)生溶解，釋放出阻燃劑，從而有效抑制高度易燃的電解液發(fā)生燃燒。
結(jié)構(gòu)和功能示意圖
(A) 這個(gè)獨(dú)立的分離器由超細(xì)纖維組成，具有“核殼”結(jié)構(gòu)，阻燃劑位于核心，聚合物是殼。阻燃劑的包裝在聚合物保護(hù)殼的內(nèi)部，以防直接溶解于電解液中給電池電化學(xué)性能帶來(lái)副作用。
(B) 當(dāng)熱量過(guò)高后觸發(fā)，聚合物保護(hù)殼發(fā)生溶解，然后包裝在內(nèi)部的阻燃劑釋放到電解液中，有效的阻止了電解液的點(diǎn)火和燃燒。
04
松下研發(fā)新型鋰電池 厚度僅0.45毫米
松下這款柔性電池，厚度只有0.45毫米，電池容量相對(duì)較小。松下的研究員們決定放棄圓柱形結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不再讓正負(fù)兩極互相包裹，而是直接將電極堆疊在一個(gè)薄薄的矩形晶圓上。然后，將電池用一種特殊的延展性良好的鋁制外殼包裹起來(lái)。這意味著這種新型電池的最佳應(yīng)用場(chǎng)景是可穿戴的卡片式設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)備。松下從今年10月開(kāi)始為潛在用戶提供一些樣品。這款柔性電池今后可以擴(kuò)展出一些更便攜的智能手機(jī)等小型設(shè)備。
05
康飛宇團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的微膨改性鱗片石墨負(fù)極材料、微晶石墨負(fù)極材料、低溫負(fù)壓解理石墨烯及石墨烯基導(dǎo)電劑應(yīng)用技術(shù)成果達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平，實(shí)現(xiàn)了天然石墨及石墨烯在可快速充電和寬使用溫度范圍鋰離子電池中的應(yīng)用，推動(dòng)了我國(guó)豐富的天然石墨資源深加工技術(shù)和鋰離子電池材料技術(shù)的發(fā)展。
微晶石墨晶體小、近各向同性的結(jié)構(gòu)使得以其制備的負(fù)極材料在循環(huán)壽命、快充快放兩方面具有極為優(yōu)異的表現(xiàn)，微晶石墨在材料成本上相比鱗片石墨的優(yōu)勢(shì)也保證了以微晶石墨制備的負(fù)極材料具備低成本的特點(diǎn)。而使用壽命短、充電時(shí)間長(zhǎng)、成本高恰恰是制約動(dòng)力電池及電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最大阻礙。微晶石墨負(fù)極材料技術(shù)將可解決動(dòng)力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展的上述關(guān)鍵問(wèn)題。
06
科學(xué)家剝離出超級(jí)電容器石墨烯復(fù)合膜
德累斯頓工業(yè)大學(xué)馮新亮教授，莊小東博士和中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所牛利研究員合作制備了基于MXene和電化學(xué)剝離的石墨烯納米復(fù)合物薄膜電極，并將其應(yīng)用到傳統(tǒng)的固態(tài)超級(jí)電容器和平面的微型超級(jí)電容器中。
該復(fù)合膜電極在組裝成傳統(tǒng)對(duì)稱(chēng)柔性超級(jí)電容器后，在0.1 A cm-3的電流密度時(shí)，其體積電容高達(dá)216 F cm-3，同時(shí)在2500次充、放電循環(huán)后，比容量仍能保持85.2%。另外，通過(guò)掩膜版噴涂溶液相的MXene/電化學(xué)剝離石墨烯墨水制備的叉指狀微型超級(jí)電容器，在5 mV s-1的循環(huán)伏安掃描速度下，其面積電容和體積電容分別高達(dá)3.26 mF cm-2和33 F cm-3，這些性能指標(biāo)高于目前大部分同類(lèi)文獻(xiàn)所報(bào)道的數(shù)值。
利用自制的電化學(xué)剝離裝置制備出的電剝離石墨烯具有高產(chǎn)率，高碳氧比和高分散性等特點(diǎn)。該工作通過(guò)電極結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用簡(jiǎn)單的方法制備了高性能的超級(jí)電容器電極材料，這為制備低成本、高效率的柔性?xún)?chǔ)能器件開(kāi)辟了一條新思路。
07
德國(guó)研發(fā)出低成本高性能鉀離子全電池
德國(guó)伊爾姆瑙工業(yè)大學(xué)的雷勇教授課題組和上海大學(xué)的課題組合作，制備得到了一種低成本的染料納米顆粒：普魯士藍(lán)。同時(shí)，利用其作為鉀離子正極材料，首次匹配出高性能的鉀離子全電池。低成本的普魯士藍(lán)染料做為鉀離子正極材料的研究及其全電池的匹配設(shè)計(jì)，使得鋰離子電池找到了更佳合適的替代者，這項(xiàng)研究為未來(lái)鉀離子電池的研究和商業(yè)化應(yīng)用提供了廣闊的前景。
普魯士藍(lán)做為鉀離子正極材料呈現(xiàn)出高的的放電平臺(tái)(3.1–3.4V)，穩(wěn)定的可逆比容量，其在50mA/g的充放電速率下，仍然有73.8mAh/g的循環(huán)比容量，且退化速率極慢僅有0.09%per-cycle。通過(guò)這種正極材料，首次設(shè)計(jì)匹配出了鉀離子全電池，全電池在100mA/g的充放電速率下，可逆比容量高達(dá)68.5mAh/g，且具有長(zhǎng)的循環(huán)壽命，其在50圈的充放電循環(huán)后仍保有93.4%的比容量。
08
西安交大電氣學(xué)院電力設(shè)備與電氣絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭曉泉教授課題組與美國(guó)斯坦福大學(xué)材料學(xué)院崔屹教授和麻省理工學(xué)院核工系李巨教授課題組共同合作，制備出具有高壓實(shí)密度的SiTiO2結(jié)構(gòu)硅負(fù)極全電池，實(shí)現(xiàn)了較傳統(tǒng)石墨負(fù)極2倍的體積比容量（1100 mAh/cm3）和2倍的質(zhì)量比容量（762 mAh/g）。
采用一種特殊方法在納米硅負(fù)極外表面包覆一層人工的二氧化鈦納米層，合成出高機(jī)械強(qiáng)度的SiTiO2yolk-shell結(jié)構(gòu)負(fù)極。原位TEM力學(xué)測(cè)試顯示，其二氧化鈦外殼的機(jī)械強(qiáng)度是無(wú)定形碳的5倍。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，該Si@TiO2電極片可以承受高強(qiáng)度的輥壓力以提高電極片壓實(shí)密度，并且通過(guò)SEI的自修復(fù)，使Si的外表面形成一層致密的人工SEI+自然SEI，可以使穩(wěn)定的庫(kù)倫效率達(dá)到99.9%以上，滿足工業(yè)化的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，將有效的推動(dòng)硅主體負(fù)極在電池工業(yè)中的商業(yè)應(yīng)用。
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