富鋰材料的案例
南京大學周豪慎、郭少華團隊開發巖鹽相富鋰新材料
最近，南京大學現代工程與應用科學學院周豪慎教授、郭少華副教授團隊報道了一種新型巖鹽相富鋰材料，該材料基于陽離子和陰離子共同的電荷補償機制，較大倍率下具有極穩定的放電容量，且幾乎沒有電壓衰減。相關工作以A New Type of Li-Rich Rock-Salt Oxide Li2Ni1/3Ru2/3O3 with Reversible Anionic Redox Chemistry為題，于2019年1月23日在線發表在《先進材料》上（Adv. Mater.2019,201807825）。
層狀富鋰材料具有更多的活性鋰離子可以參與充放電過程中的脫嵌行為，相比正極材料（如鈷酸鋰，磷酸鐵鋰等）提供大于250 mAh g-1的比容量。其充放電過程中除了過渡金屬變價機制，氧活化的機制也被陸續提出，氧的活化提供了材料大容量行為的可能。但是從另一方面，氧的活化會產生不可逆的氧缺失，進而使層狀結構向尖晶石相改變。這些原因導致層狀富鋰材料的比容量不可逆損失，并且放電平均電位不斷衰減。該課題組開發了一種新型的Fd-3m立方巖鹽相富鋰材料Li2Ni1/3Ru2/3O3，該材料具有穩定的結構，穩定的放電容量以及較大倍率下幾乎無衰減的放電電位。該團隊通過原位X射線衍射表征材料的結構穩定性，通過原位拉曼、原位氣相質譜確認了氧活化行為，通過第一性原理計算確認材料較大倍率下穩定的可能性。
圖 1. Li2Ni1/3Ru2/3O3的電化學行為曲線。(a)前兩圈充放電曲線（10 mA g-1）; (b)200 mA g-1倍率下的循環曲線；(c) 200 mA g-1倍率下的放電容量歸一化曲線；（d）首圈的恒電流間歇滴定(GITT)測試及相應的鋰離子擴散系數。
材料在200 mA g-1的電流密度下循環150圈后，容量保持率在94%以上。
展開 伯克利國家實驗室使用X射線研究發現 富鋰材料并不參與氧化還原反應
蓋世汽車訊 據外媒報道，美國能源部（DOE）勞倫斯伯克利國家實驗室（Berkeley Lab）的研究人員使用獨特X射線儀對富鋰電池材料進行研究。由于該材料在提高電動汽車的續航里程及延長電子設備工作時長方面具有較大潛力，因此有很多人員都在研究該材料。
研究人員將重點研究“富鋰”材料的極端示例鋰錳氧化物（Li2MnO3）。而該材料所含鋰元素為其此種材料族中之最。電池界最新研發的原則是，由于材料中的氧會參與可逆的化學“氧化還原”反應，且在該反應中，氧原子會循環失去及獲得電子，因此富鋰材料電池電極可支持高電壓、高容量運行，從而提高電池的儲存和放電能力。
（圖片來源：伯克利國家實驗室）
但此次試驗表明，電池運行期間，Li2MnO3中的氧并不參與可逆反應，相反，對該材料中錳的進一步研究表明，該材料可被循環使用的原因是第一次充電后，電池內部會發生異常，完全切換至的錳基反應，且容量較低。這一發現為富鋰材料族外高能量電極材料的探索鋪平了道路。
此外，研究團隊還對在材料表面觀察到碳酸鹽化合物的形成和消失是“部分可逆”，感到特別驚訝。這些高反應性的表面性質表明該材料可以充當催化劑，且可以促進鋰-空氣和鋰-二氧化碳電池等創新型下一代電池所需的可逆化學反應。在Li2MnO3表面觀察到的碳酸鹽化合物含有與氧原子鍵合的碳，表明富鋰材料可能是二氧化碳氣體相關反應的有效催化劑。
展開 韓國開發出新型快充高密富鋰陽極
韓國科學技術研究院發布消息稱，該院聯合首爾大學利用富鋰錳鎳鈷錳氧化物（LMR）材料，制作出可以克服表面熱化現象的新型陽極材料。該技術可以提高電動汽車電池的性能。
富鋰材料與三元材料有本質區別，概括說兩者都是固溶體，但三元的固溶是同一種結構不同金屬氧化物的固溶，富鋰是尖晶石相和層狀氧化物的混合固溶。
LMR材料比其它陽極材料能源密度高，安全性強，但在充放電時，結晶結構會出現不穩定現象，這種現象主要發生在陽極材料粒子的表面，在商業化應用上存在局限性。
韓國技術使LMR陽極材料表面保持穩定，進而形成快速傳達鋰離子的表面結構，抑制材料熱化現象，制作工藝簡單、便捷。研究結果表明，該新型材料在2分鐘內進行300次以上的高速充放電時，維持了原有的特性。該技術可以縮短充電時間、提高行駛距離，同時，陽極材料的合成方法及改善方案可應用于下一代電動汽車及中大型能源存儲系統。 該研究成果發表在國際學術雜志《納米快報》（Nano Letters）上。
來源：新材料技術前沿
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展開 電化學儲能基本問題綜述
目前鋰離子電池的發展朝著更高能量密度、更高功率密度、更長循環壽命以及更高安全性方向發展。為了獲得更高的能量密度，需要電極材料具有更高的比容量和更高的工作電壓。在正極材料方面，美國阿貢實驗室和加拿大Dahn提出的納米復合物或固溶體類層狀結構富鋰正極材料(xLi2MnO3·yLiMO2(M = Ni,Co,Mn,Fe,Cr))可以獲得大于250 mAh·g-1的比容量，但其存在工作電位范圍寬，循環過程中能量密度、功率密度、電壓衰減，倍率特性不突出，有效的體積能量密度的優勢不明顯，能量效率不高等主要問題。通過對材料進行表面修飾、摻雜、形成梯度結構、核殼結構，改善電解質、集流體、導電添加劑、隔膜、粘接劑的電化學穩定性，調整化成工藝，富鋰正極的電化學性能正逐步得到改善。尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4材料具有接近4.7 V的高電壓而獲得廣泛的關注，尋找合適的電解液是Li Ni0.5Mn1.5O4材料獲得應用的關鍵。在負極材料方面，最有吸引力的是納米硅負極及金屬鋰負極。納米硅負極具有高比容量和低的電壓，其主要問題是高容量帶來的顯著的體積膨脹，在電池工藝上帶來較大的挑戰，目前以限制電極容量的辦法開始小范圍應用。相對而言，金屬鋰負極的體積膨脹限制不突出，但金屬鋰存在鋰枝晶及與電解質副反應嚴重等問題，金屬鋰的保護及固態電解質的使用是其獲得應用的關鍵。此外，采用新的設計，減輕非活性材料的重量也是獲得高能量密度的重要途徑。在高功率密度電池的開發上，納米材料、薄電極、3D集流體以及新的材料體系獲得了廣泛的研究和關注。現階段，最有可能獲得應用的高功率密度正負極材料分別是納米LiFePO4和Li4Ti5O12，其組成的全電池能量密度略低。目前影響鋰離子電池循環壽命和安全性的主要因素為液態電解液，因此對電池循環壽命和安全性的改善主要集中在電解質的改進上。
展開 
2018第二屆亞洲動力電池與儲能技術峰會
15:10-15:30
茶歇
15:30-15:50
鋰離子電池下一代正極材料的發展與研究
王先友教授，湘潭大學研究生院院長
15:50-16:10
新型材料及其在電池和儲能系統的應用（電池材料、膠黏劑、工程塑料）
趙經緯院長，天賜材料研究院院長，廣州天賜高新材料股份有限公司
16:10-16:30
鋰離子電池材料制備及其資源循環利用
徐盛明教授，清華大學
15:50-16:10
會議閉幕
August 18（8月18日） 分論壇（未附議程）
