加州大学圣地亚哥分校的科学家们发现了一种新的阳极材料，可以使锂离子电池在数分钟内安全充电数千次。这种新型阳极被称为无序岩盐，它由地球上大量的锂、钒和氧原子组成，其排列方式与普通的厨房食盐相似，但随机排列。它在需要高能量密度和高功率的商业应用领域很有前景，如电动汽车、真空吸尘器或电钻。

 

这项研究由刘平教授和王世平教授实验室的纳米工程师共同领导，发表在9月2日的《自然》杂志上。

 

目前，有两种材料被用作锂离子电池的阳极， 注册杏耀平台的理由 ，为手机、笔记本电脑和电动汽车等产品提供动力。最常见的是石墨阳极，它的能量密度极高——一个带石墨阳极的锂离子电池不需要充电就能驱动汽车行驶数百英里。然而，由于金属锂电镀的过程，过快地给石墨阳极充电会导致火灾和爆炸。钛酸锂阳极是一种更安全的替代品，它可以快速充电，但会导致能量密度显著降低，这意味着电池需要更频繁地充电。

 

这种新的无序岩盐阳极——Li3V2O5——处于重要的中间位置:它使用起来比石墨更安全，但提供的电池比钛酸锂至少多71%的能量。

 

“它的容量和能量会比石墨稍低，但速度更快，更安全，使用寿命更长。”它具有更低的电压，因此在目前商业化快速充电的钛酸锂阳极上大大提高了能量密度，”刘平教授实验室的博士后学者、论文第一作者刘浩东说。“因此，用这种材料，我们可以制造出快速充电、寿命长、安全的电池，而且不会牺牲太多的能量密度。”

 

为了将这一发现商业化，研究人员成立了Tyfast公司。这家初创公司的第一个市场将是电动巴士和电动工具，因为Li3V2O5无序的岩盐特性使其非常适合用于充电容易安排的设备。

 

刘教授实验室的研究人员计划继续开发这种锂钒氧化物阳极材料，杏耀的信誉同时优化其他电池组件，以开发一种商业上可行的全电池。

 

“很长一段时间以来，电池界一直在寻找一种电位略高于石墨的阳极材料，以实现安全、快速充电的锂离子电池。这些材料填补了一个重要的知识和应用空白，”刘平说。“我们对它的商业潜力感到兴奋，因为这种材料可以作为当今锂离子电池制造过程的直接解决方案。”

 

为什么要尝试这种材料?

 

六年前，研究人员首次用无序岩盐作为电池的阴极。从那时起，人们做了很多工作来把这种材料变成高效的阴极。刘浩东说，加州大学圣地亚哥分校的研究小组基于直觉决定测试这种材料作为阳极。

 

“当人们使用它作为阴极，他们必须放电1.5伏的材料，”他说。“但当我们在1.5伏特时观察阴极材料的结构时，我们认为这种材料有一种特殊的结构，可以容纳更多的锂离子——这意味着它可以在更低的电压下作为阳极工作。”

 

在这项研究中,研究小组发现他们的无序rocksalt阳极可以可逆循环两种锂离子平均电压为0.6 V,高于0.1 V的石墨,消除锂金属镀层在高充电率使电池更安全,但低于1.5 V的钛酸锂插入锂,因此存储更多的能量。