研究人員發(fā)現(xiàn)可提高鋰離子電池性能的一種新型鋰鹽

未來，鋰離子電池將在電動(dòng)汽車和其他應(yīng)用中占據(jù)主導(dǎo)地位，但目前使用的電池材料在安全性和性能方面存在不足，阻礙了下一代高性能電池的開發(fā)。特別的是，電解質(zhì)的開發(fā)對(duì)適用于儲(chǔ)能和車輛應(yīng)用的更高功率電池構(gòu)成了關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

由蒙納士大學(xué)（Monash University）化學(xué)學(xué)院Doug MacFarlane教授和Mega Kar博士領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)與Calix Ltd合作，提出了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的替代解決方案。

MacFarlane教授表示：“目前用于鋰離子電池的鋰鹽是六氟磷酸鋰（hexafluorophosphate），但這種材料存在火災(zāi)和安全隱患，且具有毒性。在較小的便攜式設(shè)備中，使用這種材料的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)部分減低。但在大型電池組中，例如電動(dòng)汽車和戶外電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)，其潛在危險(xiǎn)大大加劇。而且，高電壓和動(dòng)力電池也在籌劃當(dāng)中，但不能使用六氟磷酸鹽。”

在最新發(fā)表在期刊《Advanced Energy Materials》的一篇論文中，化學(xué)家描述了一種新型鋰鹽，它可能會(huì)克服電解質(zhì)設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)并取代六氟磷酸鹽。

主要研究作者、蒙納士大學(xué)化學(xué)學(xué)院的Binayak Roy博士表示：“我們的目標(biāo)是開發(fā)安全的氟硼酸鹽，即使暴露在空氣中也不會(huì)受到影響。該新氟硼酸鹽的主要挑戰(zhàn)是合成電池級(jí)純度，但我們已經(jīng)通過重結(jié)晶工藝實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。當(dāng)放入帶有鋰錳氧化物陰極的鋰電池中時(shí)，電池即使暴露在大氣中，也能循環(huán)1000多次。這與超敏感的六氟磷酸鹽相比，非常難得。”

據(jù)Roy博稱，當(dāng)與高壓鋰電池中的新型陰極材料結(jié)合使用時(shí)，這種電解質(zhì)的性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的鹽。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)在更高電壓下，鹽在鋁集電器上非常穩(wěn)定，這正是下一代電池所需的。

澳大利亞研究委員會(huì)（ARC）未來儲(chǔ)能技術(shù)培訓(xùn)中心（www.storenergy.com.au）也參與了此項(xiàng)研究。StorEnergy是一個(gè)由聯(lián)邦政府資助的行業(yè)轉(zhuǎn)型培訓(xùn)中心，旨在培訓(xùn)和培養(yǎng)澳大利亞能源行業(yè)的下一代工作者，并促進(jìn)產(chǎn)學(xué)合作。StorEnergy主任、迪肯大學(xué)（Deakin University）Maria Forsyth教授表示：“此次研究很好地說明，通過政府研究資金支持的產(chǎn)學(xué)合作可以助力澳大利亞在下一代安全電池技術(shù)方面占據(jù)領(lǐng)導(dǎo)地位。”

該研究是與Calix Ltd.合作進(jìn)行的。Calix Ltd.是一家總部位于維多利亞州/新南威爾士州的公司，致力于從澳大利亞采購的礦物中生產(chǎn)高質(zhì)量的錳基電池材料。此次研究將幫助Calix實(shí)現(xiàn)其大規(guī)模制造澳大利亞鋰離子電池的目標(biāo)，從而在澳大利亞推出電網(wǎng)規(guī)模的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

Calix研發(fā)部總經(jīng)理Matt Boot-Handford博士表示：“Calix正在開發(fā)一種平臺(tái)技術(shù)，以在澳大利亞生產(chǎn)高性能、具有成本競(jìng)爭(zhēng)力的電池材料。我們正在通過 StorEnergy與我們?cè)诿杉{士大學(xué)和迪肯大學(xué)的研究合作伙伴密切合作，支持與Calix電極材料兼容的電解質(zhì)系統(tǒng)的開發(fā)。將蒙納士團(tuán)隊(duì)的新型電解質(zhì)系統(tǒng)與Calix的鋰錳氧化物電極材料相結(jié)合后，可呈現(xiàn)出卓越的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性，從而使具有Calix下一代電極材料的電池逐漸實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。”

Kar博士表示：“在不久的將來，我們希望將這些新的陰離子可以轉(zhuǎn)化為熱穩(wěn)定、不可燃的液態(tài)鹽，從而使電池能夠在高溫下運(yùn)行。在當(dāng)前的氣候條件下，設(shè)計(jì)此類具有安全性和穩(wěn)定性的電池技術(shù)對(duì)于在澳大利亞實(shí)施可持續(xù)的電網(wǎng)規(guī)模能源解決方案非常重要。”