（圖片來源：卡爾斯魯厄理工學(xué)院）

 

       據(jù)外媒報道，德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院（KIT）和中國長春吉林大學(xué)的研究人員研發(fā)了一種非常有發(fā)展前景的陽極材料——具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的鈦酸鑭鋰（LLTO），可制成高性能電池。該團(tuán)隊表示，LLTO可以提高電池的能量密度、功率密度、充電速率、安全性以及循環(huán)壽命，而且無需讓材料顆粒的大小從微米降至納米。

 

       人們對電動汽車的需求在不斷增長，伴隨而來的是為確保能源的可持續(xù)供應(yīng)，對智能電網(wǎng)需求的增加。而移動和靜止的儲能技術(shù)都需要合適的電池，鋰離子電池（LIB）就是能在盡可能輕且小的空間中存儲盡可能多能量的儲能設(shè)備。該項研究的目的旨在提升此類電池的能量密度、功率密度、安全性以及循環(huán)壽命。為實現(xiàn)此類結(jié)果，電極材料就非常重要。鋰離子電池的陽極通常由一個集電極和一種以化學(xué)鍵形式存儲能量的活性材料組成，在大多數(shù)情況下，石墨就被用作活性材料。不過，由石墨制成的陽極導(dǎo)致電池的充電速率很低，還會產(chǎn)生安全問題。而鈦酸鋰氧化物（LTO）作為替代性活性材料，已經(jīng)實現(xiàn)了商業(yè)化，具備LTO的陽極充電速率更高，且比石墨陽極更安全，缺點在于含有氧化鈦酸鋰的鋰離子電池的能量密度較低。

 

       因此，該研究小組研發(fā)了另一種極有發(fā)展前景的陽極材料——具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的鈦酸鑭鋰。據(jù)該項研究所顯示，與商業(yè)化的LTO陽極相比，LLTO陽極的電極電位更低，可讓電池?fù)碛懈�高的電壓和容量，而電池的電壓和存儲容量最終可以決定電池的能量密度。未來，LLTO陽極可能可以被用于打造具有長循環(huán)壽命的安全高性能電池。

 

       除了能量密度、功率密度、安全性和循環(huán)壽命，電池充電速率也是決定電池是否適用于苛刻應(yīng)用的重要因素。從原則上看，最大放電電流和最小充電時間取決于電池固體內(nèi)部以及電極和電解質(zhì)材料之間界面處的離子和電子運(yùn)輸情況。為了提升充電速率，通常的做法是將電極材料的粒徑從微米減小到納米。但在該項研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，與LTO納米顆粒相比，尺寸為幾微米的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)LLTO也具有更高的功率密度以及充電速率。該團(tuán)隊認(rèn)為這要歸功于LLTO的贗電容特性：不僅是單個電子可以附著在此種陽極材料上，還有被弱力束縛的帶電離子也可以附著其上，并可以反過來將電荷轉(zhuǎn)移到陽極上。研究人員解釋說:“由于顆粒較大，LLTO還可以讓電極制造更簡單、更經(jīng)濟(jì)。”