劍橋大學的研究人員們，剛剛確定了一組可用于制造更高功率電池的新材料。他們發(fā)現(xiàn)，鋰離子能夠以遠超典型電極材料的速度，穿過鈮鎢氧化物材料形成的復雜微觀結構，這意味著它能夠實現(xiàn)更快的充電速度。簡而言之，這項發(fā)現(xiàn)或成為構建下一代鋰離子電池的關鍵。它們有望在幾分鐘內(nèi)完成充電（而不是幾小時），且不會出現(xiàn)危險的過熱現(xiàn)象。

新型鋰電池材料--快充更快更安全

自20世紀90年代以來，鋰離子電池得到了持續(xù)而廣泛的應用。遺憾的是，其能量密度的提升，每年只有3~4%——遠低于電動汽車和消費電子制造商們的期待。更重要的是，這些改進通常來自包裝材料的優(yōu)化，而不是電極本身。這種方式幾乎無法禰補電池技術的另一個固有缺點—充電速度慢。

為了提升充電速率，就必須加快帶電鋰離子從正極到負極的流動速度。此前科學家們一直試圖通過在電極內(nèi)部建立特殊的納米尺度來實現(xiàn)這一目標。

此舉旨在減少鋰離子運動的距離，實現(xiàn)高功率和快速充電，但將活性粒子縮小到納米尺度，不但會增加電池的成本，還會產(chǎn)生不必要的化學反應，影響電池的穩(wěn)定性和可持續(xù)性，進而縮短了電池的使用壽命。

新型鋰電池材料--快充更快更安全

而在劍橋大學的最新發(fā)現(xiàn)中，研究人員們采用了和上述所示不同的方法：其選擇了具有剛性、擁有開放式柱狀結構的較大顆粒。這一結構使得鋰離子能夠無阻礙的大量移動，從而將其流通量提升了數(shù)個等級。

新電極材料也可以是更安全的替代品：大多數(shù)鋰離子電池中的負極是由石墨組成的，在高速充電的時候，容易形成枝晶（dendrites），即鋰纖維的微觀結構。枝晶會導致電池短路甚至起火，但劍橋大學的新型電極材料并不會。

新型鋰電池材料--快充更快更安全

研究資深作者ClareGrey教授表示：在快充應用中，安全性是一個更需要被關注的地方。這類有潛力的新材料絕對值得一看，因為我們需要一個比石墨更安全的替代品。

此外，納米尺度需要多個步驟才能制造，導致其產(chǎn)量極低和可擴展性低等問題。

相比之下，鈮鎢氧化物制造起來更簡單，并且不需要額外的化學品或溶劑。當然，在投入實際應用前，我們還有許多工作要完成。

有關這項研究的詳情，已經(jīng)發(fā)表在近日出版的《自然》（Nature）雜志上。原標題為：《Niobiumtungstenoxidesforhigh-ratelithium-ionenergystorage》