博伊西州立大学制造新型负极材料可用于锂离子电池

汽车盖世汽车网 2022-08-12 11:02

盖世汽车讯据外媒报道，美国博伊西州立大学（Boise State University）的研究人员开发了一种制造新型锂离子电池材料的方法。该团队探讨一种非晶态（即不具有长程有序的材料）氧化铌，并发现这种材料可通过与锂循环转变为新型晶体Nb2O5负极，同时具有卓越的锂存储和快速循环能力。该工艺有望用于制造其他锂离子电池材料，这些材料难以用传统方法制造。

（图片来源：博伊西州立大学）

这项研究由博伊西州立大学材料科学与工程学教授Hui (Claire) Xiong和加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）纳米工程学教授Shyue Ping Ong实验室的研究人员共同负责。

目前，锂离子电池充电的最大瓶颈之一是负极。常用石墨负极的能量密度非常高，但充电速度过快时，易发生锂电镀，存在着火和爆炸风险。在低压环境下，嵌入金属氧化物（如该团队发现的Nb2O5岩盐材料）能够降低镀锂风险，是很有前途的负极替代选项。

为了制造新型负极材料，该团队开发了一种创新技术，名为电化学诱导从无定形到晶体转变（electrochemically-induced amorphous-to-crystalline transformation）。这种新电极在20 mA/g的充电速率下的锂存储能力高达269 mAh/g。更重要的是，在1 A/g的高充电速率下，可保持191 mAh/g的高容量。

“这项工作最激动人心的方面是发现了一种新方法，可用于制造新型锂离子电池电极。”Xiong表示，“关键在于是从更高的能相开始，比如非晶态材料。只需使材料与锂循环，就可以创造出新的晶体排列，表现出比传统方法（如固相反应）更好的性能。”

这种负极的性能表现卓越，因其具有无序的岩盐或DRX结构（类似于普通的厨房食盐，但Li和Nb原子以随机方式排列）。DRX正极材料常见，但DRX负极比较少见。研究人员利用计算技术发现，通过将锂插入无定型DRX的过程，材料科学家可以获得亚稳态材料。该团队还开发了一种衡量标准，以识别其他可能以类似方式合成的金属氧化物。计算结果还表明，DRX结构中包含快速锂扩散路径，具有较高的速率性能。

Ong表示：“这项工作仅仅是发现了一种全新的材料合成思维方式。原子喜欢以特定的方式排列自己，用传统的方法制作材料，往往会反复得到相同的排列。这种新方法为制造其他非常规金属氧化物开辟了一条有前景的途径。”

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