Lithium-ion batteries: How do they work?
來源： 中國
近日，中國科學院深圳先進技術研究院，整合所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員，及其研究團隊，成功研發出了一種新型高性能、低成本鋰離子電池技術，有望打破現有鋰離子電池產業格局。
相關研究成果「A Novel and Generalized Lithium－Ion Battery Configuration Utilizing Al Foil as Both Anode and Current Collector for Enhanced Energy Density（一種新型普適的基於鋁箔負極／集流體的高能量密度鋰離子電池）」，已在線發表於材料頂級期刊Advanced Materials， （DOI： 10．1002／adma．201604219，IF＝18．96）上，並申請1項國際發明專利（PCT／CN2016／081346）。
隨著科學技術的發展，鋰離子電池已廣泛應用於便攜式電子設備、行動工具電源等領域，其市場規模得到了迅猛擴張。
尤其是電動汽車、大型儲能設施的需求提高，對於發展高能量密度、低成本、長循環壽命的新型二次電池越加迫切。
鋰離子電池自1991年由索尼公司商業化以來，已有25年的發展歷史，其工作原理是依靠鋰離子在正極（鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元等）與石墨負極之間來回移動（嵌入和脫嵌），來實現電池的充放電過程。
然而目前商用鋰離子電池，仍存在能量密度低、製造成本高、資金投入大等問題，限制了電池產業的發展。
基於上述考慮，唐永炳研究員，及其團隊成員季必發、張帆、聖茂華等人，成功研發出一種，基於鋁箔負極的新型鋰離子電池。該新型電池直接採用鋁箔，同時作為電池負極和集流體，替代了傳統鋰離子電池的石墨負極和銅箔集流體；正極採用目前常見商用的鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等；電解液採用碳酸酯類溶劑。
該新型電池具有全新的全電池反應機理：充電時，鋰離子從正極材料中脫嵌出來，運動到鋁箔負極表面，並與鋁形成鋁鋰合金；放電時，鋰離子從鋁鋰合金中脫出，又嵌入到正極材料中。
這種構造不僅可以有效降低電池自重和體積，顯著提高品質和體積能量密度，而且大大降低了生產製造成本，同時具有廣泛的普適性。
研究結果表明，採用鈷酸鋰為正極、鋁箔為負極的全電池（LCO－Al）能量密度可達到263 Wh／kg，充放電循環250次後電池容量保持在81％；以磷酸鐵鋰為正極、鋁箔為負極的全電池（LFP－Al）能量密度達到163 Wh／kg，充放電循環500次後電池容量保持在84％；以鎳鈷錳酸鋰三元材料為正極、鋁箔為負極的全電池（NCM－Al）能量密度達到258 Wh／kg，充放電循環250次後電池容量保持86％。
該研究成果具有巨大的產業化前景，並有望改變現有鋰離子電池產業格局。
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