关于世界顶尖锂电池研究团队及研究方向的介绍

工程师4 发表于 2018-05-15 14:00:00 收藏 已收藏
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关于世界顶尖锂电池研究团队及研究方向的介绍

工程师4 发表于 2018-05-15 14:00:00

电池技术在社会的可持续的清洁能源发展中起着重要的作用。相比于传统的镍氢电池,铅酸电池来说,锂离子电池具有能量密度高,无记忆效应,环境污染小等特点被广泛应用在能量存储与转化的领域中。如今锂离子电池已经作为动力电池在电动汽车如特斯拉,比亚迪中使用,具有极大的市场份额,预计2020年全球锂离子电池市场规模有望达到4500亿元。

锂离子电池最早由日本索尼公司于1990年开发成功。传统锂离子电池的正极材料为钴酸锂(LiCoO2),负极材料为石墨(C),以酯类作为电解液的可充电式电池。该电池的电极反应式如下:

关于世界顶尖锂电池研究团队及研究方向的介绍

然而,钴酸锂材料的实际比容量只有150 mAh/g左右,较低的容量限制了单体锂离子电池的能量密度的提升,只有150 Wh/kg 左右。使用较低能量密度的锂离子电池作为汽车的动力电池时使得电动汽车无法具有预期的行驶里程数。比如特斯拉的最新电动汽车Model X,其电池组就是由7000多节18650锂离子电池组成,重量达一吨左右。沉重的电池组增大了汽车的自重,降低了汽车的行驶里程数,一次全充电后的行驶里程在400公里左右。因此,开发高能量密度的锂离子电池显得尤为重要。

目前,高能量密度锂离子电池的研究已经从起步阶段转向实质性发展。研究的领域主要集中在电池的正极材料,负极材料上。在正极方面主要研究富锂正极材料,高镍正极材料和硫正极材料。在负极方面研究主要集中在锡负极,硅负极和锂金属负极上。目前也有不少团队致力于固态电解质的研究,主要是为了解决液态的电解液易燃问题所带来的安全隐患。此外在锂金属负极的研究中,引入并使用固态电解质可以抑制锂枝晶的生长。本文结合部分世界顶尖锂电池研究团队做简单介绍,并对该行业的热点研究方向进行阐述。

John B. Goodenough

Goodenough教授于1952年在芝加哥大学取得博士学位。目前为美国德州大学奥斯汀分校机械工程系教授。Goodenough教授是著名的固体物理学家,美国国家科学院院士,工程院院士,英国皇家化学学会外籍院士。他也是钴酸锂、锰酸锂和磷酸铁锂等锂离子电池正极材料的发明人,也是锂离子电池科学基础的奠基人之一,被业界称为“锂电之父”。Goodenough教授已发表期刊论文700逾篇,发表论文累计引用46500余次。

近年来,Goodenough教授继续在所深爱的锂离子电池,钠离子电池领域展开深入的研究。同时也将自己的研究领域拓展到锂离子电池的固态电解质研究中。近日Goodenough教授又在Journal of American Chemistry Society 上发表了固态电解质的研究论文(10.1021/jacs.8b03106)。Goodenough教授认为石榴石型的固态电解质在室温下具有很高的电导率,是适合锂金属电池使用的固态电解质的理想材料。该项研究利用了一种新策略改善石榴石LLTO(Li7La3Zr2O12)的界面,从而显著降低了锂金属与石榴石界面的阻抗,抑制了枝晶的形成。因此降低了组装的Li/Garnet/LiFePO4 和Li-S全固态电池的过电势,提高了库伦效率以及循环稳定性,具有广泛的应用前景。通过使用固态电解质,锂金属电池和锂硫电池的枝晶问题将