饱和锂电池增加电动汽车行程20%

韩国科学技术院(KAIST) （图片来自网络）

韩国科学技术院(KAIST)3日宣布，新材料工学系的赵恩爱（조은애）教授领导的研究团队开发出了一种稳定的饱和锂正极材料。与传统的正极材料相比，电池的能量密度提高了20%以上。这就意味着电动汽车如果搭载了利用这个技术生产的动力电池，行驶距离有望提高20%。

人们为了增加电动汽车的行驶里程，绞尽脑汁地提高动力电池的能量密度。最常用的办法就是提高电池的正极材料里的镍含量，就是所谓的“高镍电池”。电池的正极材料一般是由镍、钴、锰的氧化物组成，镍的含量越高，容量就越高。 但是高镍正极材料在提高行驶里程方面已经达到了最高局限，能量密度能达到180mAh/g的就已经是很不错的电池了。因此，赵恩爱教授的研究团队把目光转向了“饱和锂正极材料”。

释放钒离子前后正极材料的模式图（上）释放钒离子后的正极材料的真实透射显微镜图像（下）（图片来自网络）

所谓的“饱和锂正极材料”就是让正极材料中的锂含量超过既定的局限。这是一种新型的正极材料，能量密度能够达到250mAh/g，超出高镍正极材料20%。但是饱和锂不仅利用游离金属离子，还利用正极内的氧离子的氧化还原反应进行容量表达，这就导致了各种各样的问题。最核心的问题是在首次充放电时，正极材料表面的氧离子发生不可逆的氧化还原反应，并发生析出现象。因此，导致正极材料的结构崩溃，电池性能迅速下降。

这种不可逆的氧化反应主要发生在正极材料的表面。针对这个问题，研究团队开发出了选择性地向正极材料表面释放 (doping)钒(V)离子的技术，成功地提高了饱和锂正极材料的稳定性。虽然传统的饱和锂正极材料在首次充放电时具有69%的低迷可逆性， 但释放 (doping)钒(V)离子的饱和锂正极材料，在首次充放电时就能表现出高达81%的高可逆性，在进行了100次循环充放电后，能量的存储效率仍然稳定地保持在92%。

释放钒离子前后正极材料的氧化反应引起的不可逆容量差异（左）进行循环后的性能比较（右）（图片来自网络）

赵恩爱教授解释说：释放(doping)出的钒(V)离子改变了正极材料内氧离子的电子结构，使得充放电时可以进行可逆的氧化还原反应。整个制造工艺比较简单，也适合大量生产。

韩国科学技术院新材料工学系的李龙柱博士参与了研发过程，并以第一作者的身份将本研究结果写成论文，刊登在材料领域的国际学术杂志《Advanced Science》1月29日的网络版上。 （论文名称：Promoting the Reversible Oxygen Redox Reaction of Li-excess Layered Cathode Materials with Surface Vanadium Cation Doping）

韩国科学技术院(KAIST)新材料工学系的赵恩爱教授（图片来自网络）