新方法可将锂电池能量密度提高30%_技术

　　哥伦比亚大学材料科学与工程学院的助理教授杨远开发了一种提高锂离子电池能量密度的全新方法。他的三层结构电极能在裸露的空气环境中保持稳定，因而使得电池电量更加持久、制造成本进一步降低。该研究可以将锂电池的能量密度提高10-30％，相关论文于10月初发表在了《Nano Letters》期刊上。

　　石墨/PMMA / Li三层电极在电池电解质中浸泡24小时之前（左）和之后（右）的对比。在浸入电解质之前，三层电极在空气中是稳定的。浸泡后，锂与石墨反应，颜色变黄。图片来源：哥伦比亚大学

　　“当锂电池第一次充电时，它们在第一个循环就损失了高达5-20％的能量”，杨远说道，“通过结构的改进，我们已经能够避免这种损失。同时，我们的方法在增加电池寿命方面有巨大潜力，有望应用于便携式电子设备和电动汽车。”

　　在被生产出来之后的第一次充电期间，锂电池中的一部分电解质会因还原反应，从液态变为固态，并附着在电池的负极上。这个过程是不可逆的，会降低电池的存储能量。

　　在现有的电极制造技术下，这一过程来带的损失约为10％，但是对于具有高容量的下一代负极材料，例如硅，损耗则将达到20-30％，这是将大大降低电池的实际可用容量。

　　为了补偿这样的初始损耗，传统的方法是在电极中加入某些富锂材料。然而，由于这类材料大多在空气环境中不稳定，因此必须在完全没有水分的干燥空气里制造，故而大幅增加了电池的制造成本。

　　杨远开发的这种三层电极结构则确保了电极完全可以在普通空气环境下完成制造。

　　首先，他使用了一层“PMMA”（即常见的有机玻璃材料），来隔绝锂与空气和水分的接触；然后在PMMA聚合物上加一层人造石墨或硅纳米颗粒等活性材料；最后，他让PMMA聚合物层溶解在电池电解质中，从而将锂与电极材料导通。

　　杨远解释说：“这样我们就可以避免不稳定的锂和锂化电极间的空气接触。采用该结构的电极可以在普通空气环境下完成，更容易实现电池电极的量产。”