英国开发新型电池材料提高锂电池材料性能

英国法拉第研究所的科学家日前宣布，已经开发了一种模型来解释在锂离子电池的某些电极材料由于氧化还原反应而受到的影响。基于对其反应的更好理解，他们提出了研发电池材料的更多的研究途径，以避免不必要的反应，并开发可逆的、高能量密度的电极材料。

自从本世纪初以来，富锂阴极材料一直是储能技术研究人员感兴趣的领域。在这些材料中，氧化还原反应被证明可以在氧化物离子和过渡金属离子中储存额外的电荷，从而有可能提高阴极材料的储能容量。

然而，一些电池阴极材料通常在第一次充电时会发生不可逆的结构变化，并后续的充电中电压逐渐降低。这些结构变化背后的机制使科学家们感到困惑，并阻碍了阴极材料的进一步研究和发展。考虑到这一点，英国法拉第研究的科学家希望观察到这些阴极的结构变化。

英国法拉第研究所首席科学家Peterruce说，“在不断提高锂离子电池能量密度的艰巨的探索中，能够利用氧-氧化还原阴极的潜力，以及它们相对于目前商业上使用的富镍阴极所提供的更大改进，这是一个潜在的重大问题。对氧化还原的基本机制的深入研究是一个重要的步骤，有助于制定战略，减轻使用这种类电池材料目前的局限性，挖掘其潜在的商业用途。”

该研究团队使用英国DiamondLightourceX公司的X射线成像技术，可以确认电池阴极在首次充电后氧气的变化，从而确定电压损失，并最终开发了可以解释整个过程的一个模型。

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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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在富锂阴极中，氧分子可以增加电池材料的储存容量，可以将电荷储存在氧化物离子和金属离子中。

英国巴斯大学教授以及CATMAT项目首席研究员Saifulslam说，“这个计算模型表明，通过氧气的逸出可以解释观察到电化学反应、首次放电时电压的降低以及结构变化，并解释了氧气在电池材料主体中的容纳性。这种将氧气和电压损失联系在一起的统一模型，使研究人员能够提出切实可行的策略来避免氧化还原引起的性能不稳定性，从而为开发更加可逆的高能量密度的电池阴极提供了更多的途径。”

该研究团队发表在《自然能源》杂志上的一篇名为《氧气在锂离子电池氧化还原阴极中的作用》的文章对该模型的作用进行了描述。基于对氧化还原反应的理解，研究人员提出了六种开发高能量密度的电池阴极材料的不同策略，法拉第研究所将在后续工作中探索这些策略。