研究人员预测材料可以稳定创纪录的高容量锂离子电池

西北大学的一个研究小组已经找到了稳定新电池的方法，该电池具有创纪录的充电容量。基于锂锰氧化物阴极，这一突破可以使智能手机和电池驱动汽车的充电时间延长两倍以上。

“这种电池电极实现了所有过渡金属氧化物电极的最高报告能力之一。它是目前手机或笔记本电脑中材料容量的两倍以上，”杰罗姆B公司的ChristopherWolverton说道。该研究的负责人是西北麦考密克工程学院的科恩材料科学与工程教授。“这种高容量将代表电动汽车锂离子电池目标的巨大进步。”

该研究于5月14日在线发表在ScienceAdvances上。

锂离子电池通过在阳极和阴极之间来回穿梭锂离子来工作。阴极由包含锂离子，过渡金属和氧的化合物制成。当锂离子从阳极移动到阴极并返回时，过渡金属(通常为钴)有效地存储和释放电能。然后阴极的容量受到可参与反应的过渡金属中的电子数量的限制。

法国一个研究小组于2016年首次报道了大容量锂-锰-氧化物化合物。通过用较便宜的锰代替传统的钴，该团队开发出了一种容量超过两倍的更便宜的电极。但它并非没有挑战。在前两个周期内，电池的性能显着下降，研究人员认为它不具备商业可行性。他们也没有完全理解大容量或降解的化学起源。

在制作了阴极的详细原子图片之后，Wolverton的团队发现了材料高容量背后的原因：它迫使氧气参与反应过程。通过使用氧气-除了过渡金属-来存储和释放电能，电池具有更高的储存和使用锂的能力。

接下来，西北特种团队将注意力转向稳定电池，以防止电池迅速退化。

“凭借充电过程的知识，我们使用高通量计算扫描周期表，找到将这种化合物与其他可以提高电池性能的元素合金化的新方法，”姚振鹏说，他是联合的第一作者。论文和前博士Wolverton实验室的学生。

计算指出了两个要素：铬和钒。该团队预测，将这两种元素与锂-锰-氧化物混合将产生稳定的化合物，从而保持阴极前所未有的高容量。接下来，Wolverton和他的合作者将在实验室中对这些理论化合物进行实验测试。

该研究得到了电化学能源科学中心的支持，该中心是由美国能源部，科学，基础能源科学办公室资助的能源前沿研究中心，奖项编号为DE-AC02-06CH11357。目前担任哈佛大学博士后研究员的姚明和麻省理工学院的博士后研究员SooKim都是Wolverton实验室的前成员，并担任该论文的共同第一作者。