提升高容量锂离子电池的稳定性 有望将手机续航提升 2 倍？

3C产品与电动车需求与日俱增，因此开发高容量电池需求刻不容缓，而美国西北大学(NU)研究发现可提升高容量锂离子电池稳定性的材料，这一突破可望将手机与电动车续航电力提升到两倍以上。

西北大学工程与应用科学学院材料工程教授ChristopherWolverton表示，锂锰氧化物电极容量是所有过渡金属氧化物电极最高的一种，其容量是当今手机与笔记本电脑电池的两倍，稳定这类高容量特性可让未来车用锂离子电池性能突飞猛进。

在锂电池中，锂离子会在阴极与阳极之间不断往返，其中阴极由锂离子、过渡金属和氧化物制成，当锂离子抵达阴极并要返回阳极时，钴等过渡金属就会进行储存与释放电能，而阴极容量则会受到过渡金属中的电子数限制。

氧气为电池高容量关键

法国研究团队在2016年首次提出高容量锂──二氧化锰电池，利用较便宜的锰金属取代传统又昂贵的钴，研发出成本更低、容量更高的电极。然而该电池虽然拥有高容量电极，但是并不持久，电池性能在前两次充放电循环就显著下降，因此研究人员认为该电池尚不能商业化，他们也无法确切得知为何电极容量比较高与快速退化因素。

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充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%

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Wolverton团队详细研究阴极原子图(atompicture)后，发现阴极高容量之谜──材料强制让氧气参与反应，因此电极除了过渡金属之外，还利用氧气来储存电能和放电，如此一来电池便具有更高容量和可利用更多锂离子。

得出电极高容量背后原因之后，团队开始研究如何稳定电池，团队成员兼论文第一作者ZhenpengYao指出，研究凭借各种充电知识与高通量(high-throughput)运算来分析扫描元素周期表，用新方法来合成化合物与潜力元素，并找出提升电池性能关键。

▲阴极结构示意图，其中锂为红色、氧与锰是绿色跟紫色，铬与钒则分别是深蓝色与浅蓝色

研究运算结果直指铬和钒金属，团队则认为把该元素与锂锰氧化物混合后，就能产生稳定化合物，进而维持电极高容量。未来Wolverton团队将会进一步测试这些理论化合物。目前该研究已发布在《ScienceAdvances》。