《【Nature Communications】新方法取代电池中的镍和钴,生产更清洁、更便宜的锂离子电池》

  • 来源专题:新能源汽车
  • 编译者: 王晓丽
  • 发布时间:2025-07-14
  • 研究机构:加拿大麦吉尔大学(McGill University)联合美国斯坦福大学SLAC国家加速器实验室、韩国科学技术院(KAIST)及Wildcat Discovery Technologies公司。

    研究人员:通讯作者Jinhyuk Lee(麦吉尔大学采矿与材料工程系助理教授)、第一作者Hoda Ahmed(材料工程系博士生)及合作团队。

    研究内容:

    团队开发了一种新型熔盐合成法(NM合成法),用于制备高性能锂离子电池正极材料——无序岩盐(DRX)。该方法通过两步控制(促进成核+限制生长),直接合成出尺寸均一(<200纳米)、高结晶度的DRX颗粒,无需后处理研磨。相比传统方法,新材料在100次充放电循环后仍保持85%容量(性能提升2倍以上),解决了DRX颗粒尺寸与稳定性难以控制的行业难题。

    效果与意义:环保与经济性?:减少对镍、钴等昂贵/稀缺金属的依赖,降低电池成本。?产业化潜力?:首次实现DRX材料的大规模一致性生产,推动其在电动车及可再生能源存储中的应用。?技术突破?:熔盐工艺提升合成效率,为下一代可持续锂离子电池的规模化生产铺路。

    原文链接: Hoda Ahmed et al, Nucleation-promoting and growth-limiting synthesis of disordered rock-salt Li-ion cathode materials, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60946-4


  • 原文来源:https://techxplore.com/news/2025-07-method-nickel-cobalt-battery-cleaner.html
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  • 《两高”水性可充电电池问世 比锂离子电池更安全、更便宜》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-11-26
    • 锂离子电池以其高能量密度、高效率和低自放电率在便携式电子产品和电动汽车中占据主导地位,然而使用易燃的有机电解液所引起的严重安全问题阻碍了它的广泛应用。水性可充电电池由于使用了不可燃且价格低廉的水溶液(即用水作溶剂的溶液)作为电解液,不仅比锂离子电池更安全、成本更低,也更容易制备。但由于受到水分解电压的限制,目前水性可充电电池的能量密度远低于锂离子电池。   众所周知,电解液是化学电池、电解电容等使用的介质,为它们的正常工作提供离子,并保证工作中发生的化学反应是可逆的。所以提高水性可充电电池的实用性,改良水溶液电解液,提高其电压稳定窗口,已经成为目前研究的热点。   11月19日,南京工业大学宣布,该校吴宇平、付丽君教授团队设计了一种碱性/中性混合的水溶液电解液体系,研发出了高电压高能量密度水溶液混合电解液可充电电池。相关研究发表在国际化学领域顶级学术期刊《先进能源材料》上。   “水性可充电电池是指用水溶液作为电解液的可充电电池。”付丽君介绍道,“水溶液的理论分解电压是1.23伏,实际电池中由于存在过电势,分解电压可以达到1.5—2伏,但是很难超过2伏。而电池的能量密度与电池的电压是成正比的,即电压越高能量密度也越高,而电解液的电压窗口决定了电池可达到的最大电压,因此要提高水性可充电电池的电压,首先要提高水溶液电解液的电压稳定窗口。我们将碱性溶液与中性溶液组合成混合电解液,将电解液的电压稳定窗口提高到了3伏。”   “在水溶液电解液体系中,中性电解液的析氢电位高于碱性电解液,析氧电位低于酸性溶液,但是其电压窗口是3种溶液中最宽的。另外,碱性溶液和中性溶液的组合相对较为容易,而且这样的组合将大大拓宽电压稳定窗口。”论文第一作者、南京工业大学袁新海博士表示。   在这个工作中,研究团队使用了阳离子交换膜作为隔膜。“阳离子交换膜可以起到传输阳离子阻隔阴离子的作用,从而使电解液保持稳定的pH值。另外,在这个混合电解液体系中,阴、阳离子在正负极电解液中都是稳定存在的。因而保证了这个电解液体系的稳定性。”袁新海解释道,只有电解液保持稳定,才能使电解液的电压窗口保持稳定,才能保持电池体系的可逆性和稳定性。   “电解液的电压稳定窗口解决了,下一步就是选用合适的正负极材料构建高电压、高能量密度水性可充电电池。”付丽君介绍,他们在研究中注意到,锌是在碱性溶液中具有较负电位(相对于标准氢电极的电位为-1.216V)且具有较高比容量的负极材料,而锰酸锂是在中性电解液中具有较高氧化还原电位和较高比容量的正极材料,“因此将这两种材料结合起来,可以得到较高电压的水性可充电电池”。   该研究团队基于这种混合水溶液电解液的概念,还研发了一系列水溶液电池和水溶液电容器的工作,相关工作分别发表在《化学电化学》《化学通讯》《材料化学学报A》和《先进科学》上。
  • 《锂离子电池:储能电池中的明珠》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-10-30
    • 日前,瑞典皇家科学院将诺贝尔化学奖授予对锂离子电池发展作出突出贡献的3位科学家。其中,惠廷厄姆采用硫化钛作为正极材料,金属锂作为负极材料,制成世界上第一块锂离子电池。古迪纳夫经过反复实验与验证,发现钴酸锂比硫化钛更适合储存锂离子,进而显著提高电池的电压平台。吉野彰在此基础上,采用锂离子代替纯锂,提升了电池的使用安全性,从而使锂离子电池具备实际应用条件。 之所以被称为锂离子电池,是因为无论在电池正负极还是在电解质中,锂都是以离子形式存在。与其他储能电池相比,其突出优点在于单位体积的储存能量高,没有记忆效应,充电前不必顾及电池的用电深度,同时,能量转换率高、自放电率低、使用寿命长等。随着日本索尼公司生产的锂离子电池于1991年投入市场,锂离子电池迅速实现大范围应用,是目前便携式电子设备、新能源汽车、智能电网等的主流储能形式。 由于特有的技术优势,锂离子电池目前广泛应用于军事领域,成为军事作战中不可或缺的能量来源。 军事基地储能。高原、边防、海岛部队距后方基地远,能源补给线长,开发利用风能、太阳能等可再生能源成为必然趋势。采用锂离子电池储能,不仅可解决可再生能源发电间歇性和稳定性差等问题,还具备削峰填谷等功能,是解决偏远军事基地能源保障的关键技术。但目前锂离子电池在大规模储能应用方面存在安全性较差的问题,遭到火力打击时,容易冒烟、起火,甚至引起爆炸。 野战供电。采用锂离子电池的方舱式储能系统没有柴油发电机噪声大、红外特征明显等问题,显著增强了电能保障的隐蔽性和生存能力。但针对野战供电环境,锂离子电池存在低温性能差等问题,如在-40℃条件下,电池的充放电容量不足室温条件下的一半。 高能武器电源。电磁炮、激光、高功率微波等新型高能武器装备运用越来越广泛,定向能武器输出功率越来越大。锂离子电池以优异的倍率充放电能力可用于高能武器的电源。不过,随着高能武器小型化的发展趋势,现有锂离子电池的体积功率密度仍需进一步提高,以满足车载和机载武器小型化、轻量化要求。 无人装备动力源。目前主流的小型和微型无人装备均采用锂离子电池作为其主要电源。但以锂离子电池为动力源的无人机,续航时间通常在半小时左右,是制约军用无人装备实战化应用的最大问题。 单兵电源。随着单兵装备信息化、可视化以及智能化趋势加快,对电能的需求急速增加。锂离子电池是目前各国单兵装备的主力电源。不过,随着单兵和班组作战信息化程度不断提高,士兵在执行任务过程中,不得不携带更多电池。目前高能量密度的电源是制约未来士兵连续作战的瓶颈技术。 因此,未来锂离子电池的研究将集中在以下几个方向。 一是高能量密度。随着能量密度不断提高,相同体积或重量条件下电池所蕴含的能量更大,可全面提升无人机、水下潜航器、单兵装备等的续航时间与续航里程。二是高安全性。通过采用固态电解质代替传统可燃有机电解液,锂离子电池具有更高安全性,在遭受炮火打击后不会引起二次爆炸,满足大型军事基地、储能方舱等对大容量、高安全储能的需求。三是高环境适应性。提升低温条件下锂离子在电极材料中的扩散能力以及电解液的电导率,使电池能够在严寒条件下正常充放电,从而有效增强野战电站和武器装备等的全域作战能力。四是高功率密度。通过开展相关研究,使锂离子电池的快速充放电性能不断提高,从而满足新型武器能量瞬时释放的脉冲功率需求。 能源是现代战争的物质基础和动力源泉,从大型军事基地到单兵班组,从空天飞行器到水下装备,锂离子电池发挥着非常重要的作用。随着关键技术的不断突破,锂离子电池在军事领域将有更广泛的应用前景。