新加坡与复大研究人员研发新型电极材料有助提高锂离子电池容量

近年来，电动汽车因其环保特性而备受推崇，但与汽油车相比，较短的行驶里程限制了其进一步的发展。

日前，新加坡科技研究局下属材料与工程研究院的刘兆林(音译)与中国复旦大学的于艾水(音译)等研究人员，通过研制一种新型锂离子电极材料，增大了锂离子电池的容量，或将帮助电动汽车行驶得更远。相关研究成果日前发表于《电化学通讯》。

据了解，锂离子电池通过使锂离子在电极两端来回穿梭实现充电与放电过程。例如，在充电时，锂离子从通常由锂钴氧化物制造的阳极材料上脱嵌，穿过隔膜和电解液，嵌入到阴极中。放电则以相反的过程进行。

在通常情况下，锂离子电池的阴极由充斥着微小孔隙的石墨材料制造。之前有研究发现，相比石墨材料，氧化铁材料能够让电池拥有更大的容量。但用氧化铁材料作为阴极的电池的充电过程十分缓慢，同时，这种材料在经历数次充放电循环之后，就会被锂离子破坏，进而影响电池容量。

而在最新的研究中，刘兆林和于艾水推测，相比氧化铁阴极，阴极由氧化铁纳米粒子制造的电池的充电过程或许将会快许多，因为这种纳米材料的孔隙十分合适锂离子嵌入。并且，这些孔隙还能够随着锂离子嵌入而作出相应的改变。

为了验证这一想法，研究人员通过在水中加热硝酸铁，得到了大小为5纳米的氧化铁粒子，也就是alpha-Fe2O3。然后，他们将这些粒子与炭黑粉末相混合，利用聚偏二氟乙烯加以固定，将这一混合物覆盖在铜箔上面，最终制成电池阴极。

实验表明，在第一轮充放电过程中，使用新型阴极电池的转化效率为传统电池的75%~78%，但是，经过几轮充放电，新型电池的效率达到了传统电池的98%。

对此，研究人员表示，电池的效率之所以会逐渐提高，是因为在前几轮的充放电过程中，氧化铁纳米粒子被分解到合适的尺寸。而98%这一数据则表明，新型电池已经十分接近目前商用锂电池的水平。

此后的实验表明，大约在230次循环之后，新型电池的效率还维持在97%左右。而且令人欣喜的是，这种电池的容量达到了1009毫安时/克，几乎比传统石墨阴极电池高出了三倍。同时，新型电池没有遇到困扰其他氧化铁阴极电池的退化问题。

目前，该团队正在优化纳米合成过程，并且着手提高氧化铁纳米电极在初始循环中的转化效率。