二次电池能量密度较低的主要原因及提高方法

现有二次电池能量密度较低的主要原因在于：电池活性材料多为重金属元素或过渡金属氧化物，且反应电子数大多≤1。虽然这些传统的电极反应体系容易实现可逆的电池反应，但由于材料的化学式量较大、反应电子数少，能量密度难以提高。此外，一些传统的电池体系多采用水溶液电解质，电池电压受制于水的分解而只能在2V以内，这严重影响了电池的能量密度水平。
采用多电子反应体系原理上可以获得比常规单电子体系更高的能量密度。实现多电子电极反应、构建高能电池新体系是电池技术发展的关键科学问题。
从化学热力学计算来看，许多化合物具有多电子反应的潜力(如硼化合物、高价金属氟化物、合金储锂化合物等)，可能成为新一代高容量电池材料体系。例如，采用旷氢氧化镍替代传统的p氢氧化镍，通过调整层问距和表面修饰使每个Ni原子的反应电子数提高到1.8个，实际电极容量从260Wh·kg大幅度提高至400mAh·g。硅基和锡基合金体系的理论储锂容量(如Li4.4Si，4200mAh·g；Li4.4Sn，1000mAh·g)较常规储锂碳(LiC6)的理论容量(372mAh·g)提高数倍。