鋰電池正極材料的案例
浦項大學可在30分鐘內合成鋰硫電池正極材料
然而，目前鋰離子電池技術無法滿足這一需求，研究人員逐漸將重點轉向下一代電池。據外媒報道，浦項理工大學（POSTECH）的研究團隊利用煉油過程中廢棄的硫，可在30分鐘內成功合成鋰硫電池正極材料。
（圖片來源：POSTECH）
該團隊開發了一種創新鋰硫電池，具有高能量密度和機械靈活性，并且能夠快速充電。這是首次通過反硫化合成富硫層級有序共聚物。在不使用表面活性劑或立體穩定劑的情況下，快速反應時間小于30分鐘。
與目前使用的高毒性過渡金屬基正極材料不同，硫因成本低、天然儲量豐富、毒性少而備受關注。尤其是鋰硫電池具有很高的理論能量密度（2,600Wh kg-1)和高容量（1672mAh g-1），表現出作為下一代電池的潛力。然而，硫的導電性基本上較低，從而阻礙充分利用活性物質，使充放電循環放緩。另外，這種材料還具有在電解質中溶解度高的缺點，從而縮短了電池的使用壽命。
為了克服這些局限性，與傳統硫電極不同，研究團隊沒有采用熔體擴散工藝，而是通過硫和乙烯基膦酸（VPA）反硫化法進行共聚，僅在30分鐘內即可合成硫基聚合物顆粒。所產生的硫顆粒由基于低密度硫同素異形體的相分離α-硫和硫-VPA網狀物 (SVPA) 構成。
在短時間內形成大小均勻的層級有序顆粒，關鍵在于硫自由基與 VPA 之間的自催化反應。VPA所連接的長硫鏈在反應開始時形成，以在沒有表面活性劑的情況下穩定SVPA的球形形狀。有趣的是，研究表明在SVPA粒子表面會自發形成皺褶和孔隙，就像人的皮膚一樣，這有助于電解質滲透到正極中，同時也減輕了施加至電極表面的機械應力。
展開 研究人員開發新型錳基正極材料 使鋰電池充放電次數翻倍
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蓋世汽車訊 據外媒報道，由香港城市大學（CityU）的科學家領導的聯合研究小組開發出一種更穩定的錳基正極材料。與現有鈷和鎳正極材料相比，新材料的容量更高，更加耐用。即使充放電次數增加一倍，也能保持90%的容量。這一發現為開發低成本、高效的鋰離子電池錳基正極材料提供了啟示。
（圖片來源：香港城市大學）
開發錳基正極材料的技術瓶頸：容量保持率低
目前，鋰離子電池使用的正極材料大多含有鈷和鎳，這兩種元素儲量不豐富，而且在開采過程中易污染環境。因此，科學家們正在尋找替代型正極材料，例如錳。
在領先錳基候選材料中，LiMnO2成本較低，更環保，而且理論容量更大。但是，這種材料在充放電循環中穩定性差，可能發生顆粒破碎、結構迅速退化和嚴重的錳溶解，導致電池容量大幅下降，并影響耐久性，使其在商業化鋰離子電池中的應用受到阻礙。
需要克服姜-泰勒畸變
香港城大物理學系助理教授劉奇博士指出，錳基材料結構不穩定的主要原因，在于原子結構中發生的姜-泰勒畸變（Jahn-Teller distortion）。在電池放電時，LiMnO2中的Mn-O鍵被拉長，稱為姜-泰勒畸變。
展開 電位滴定儀測定鋰電池正極材料殘余堿含量
鎳鈷錳酸鋰（Li（NiCoMn）O2）（LiNiCoMnO2），這是一種由鎳、鈷、錳三種金屬氧化物與鋰結合制成的鋰離子電池三元正極材料。鎳鈷錳酸鋰結合了其它材料的優點，如LiCoO2良好的循環性能、LiNiO2的高比容量、LiMnO2的高安全性及低成本，被認為是動力電源的理想選擇。
鎳鈷錳酸鋰材料結構圖
依據3種元素的摩爾比(x∶y∶z比值)的不同，分別將其稱為不同的體系，如組成中鎳鈷錳摩爾比(x∶y∶z)為1∶1∶1的三元材料，簡稱為333型;摩爾比為5∶2∶3的體系稱之為523體系，摩爾比為8∶1∶1的體系，稱之為811體系。
表面殘堿的產生
Ni的作用：提高增加材料的能量密度，但鎳含量高會導致三元材料表面形成Li2O，Li2O易與空氣中的CO2和H2O反應生成Li2CO3和LiOH。
一、電位滴定儀原理
國高材分析測試中心電位滴定儀
咨詢電話：020-66221668
化學滴定分析：根據滴定所消耗的標準溶液的濃度和體積以及被測物質與標準溶液所進行的化學反應計量關系，利用指示劑顏色的變化來指示終點的滴定分析方法。可以分為：酸堿滴定法、氧化還原滴定法、配位滴定法、沉淀滴定法。
電位滴定法：利用電極電位的突變指示終點的滴定分析方法。
電位滴定裝置圖
電位滴定法與指示劑滴定法相比：
不受指示劑的限制，利用電位突變來確定終點
渾濁液體，有色液體的滴定
可用于連續滴定、微量滴定、非水滴定等
兩種滴定終點方式：
終點滴定EP：已知滴定的結束條件，滴定到指定的pH值或電位值。
展開 北科大&清華《AFM》：鋰離子電池錳基正極材料取得重要進展！
然而，鋰離子電池的正極材料由于容量不足和性能保持適中，已經成為滿足LIBS日益增長的能源需求的制約因素。負離子儲能為鋰離子電池正極材料實現更高的比容量提供了可能，但容量衰減、電壓退化、氧化還原行為不一致等問題仍然不可避免。
來自北京科技大學和清華大學的學者采用電化學離子交換法制備了具有帶狀超晶格結構的新型O2型錳基層狀正極材料Lix[Li0.2Mn0.8]O2，從而實現了陰離子高度可逆的氧化還原，并具有優異的循環性能。材料經低壓預循環處理后，比容量可達230mAh g?1，沒有明顯的電壓衰減。在電化學離子交換過程中，P2結構的前驅體通過相鄰板條的滑移和收縮轉變為O2結構的Lix[Li0.2Mn0.8]O2，并保留了Mn板條中特殊的超晶格結構。同時，MnO6八面體發生一定程度的晶格失配和可逆畸變。此外，陰離子氧化還原催化了固體電解質界面的形成，穩定了電極/電解質界面，抑制了Mn的溶解。通過綜合的結構和電化學表征，系統地研究了電化學離子交換的機理，為實現高度可逆的陰離子氧化還原開辟了一條誘人的途徑。
展開 
《ESM》：鋰離子電池正極材料快充的循環性能研究
來自美國愛達荷國家實驗室等單位的研究人員結合電化學分析、老化模型和循環后檢測，介紹了快充對正極材料循環壽命的影響。在前期循環過程中，材料老化問題較小，在隨后的循環中，當疲勞機制出現時，正極開裂和表面老化問題對整體正極容量衰減和阻抗增長產生累積和/或競爭效應，其中低倍率循環下更多由開裂主導，高倍率循環下主要由材料表面老化主導。相關論文以題為“Extendedcycle life implications of fast charging for lithium-ion battery cathode”發表在EnergyStorage Materials期刊上。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.07.001
當鋰離子電池在非快充條件下，但在其他條件（例如更高的溫度或電壓）充放電時，其機械、結構和正負極等問題已被廣泛研究，因而許多研究者開始關注快充條件下的正極材料。然而，這些研究大多是在扣式電池中進行的，研究范圍狹窄，往往不足以全面了解快充對鋰離子電池正極材料的長期影響。在快充條件下，扣式電池具有更高的阻抗，在相同操作條件下，扣式電池的極化和材料利用率明顯不同于軟包電池，因此，應該非常謹慎地以扣式電池的結果來推斷軟包電池，特別是長期老化行為。
目前關于扣式電池和全電池的快充研究，通常循環次數有限，一般認為開裂是正極老化的主要機制之一。然而，目前還沒有專門的、以正極為中心的快充研究，還不了解在什么條件下開裂成為主導，以及它是如何隨著循環而演變的。目前的文獻對長循環條件下鋰離子電池正極除開裂外的老化模式和機制沒有明確的認識，對正極方面的問題缺乏全面的了解，這使得研究人員對快充加速正極老化的程度感到困惑。
展開 利用DSC/TGA精準評估正極材料熱穩定性，筑牢動力電池安全防線
以滿電三元正極材料為例，TGA/DSC測試顯示：約200℃時材料開始發生結構坍塌，伴隨放熱；隨后在更高溫度下出現吸熱峰，對應進一步的晶格崩解。這種先放熱后吸熱的復雜過程，只有高靈敏度的同步熱分析系統才能清晰分辨，并保持基線平穩，確保數據可靠性。
圖2 滿電態三元材料的同步熱分析
此外，TGA還能用于定量分析正極材料中的殘余鋰（如Li?CO?、LiOH）含量。這些雜質不僅影響漿料加工性能，還會在高溫下分解產氣，加劇電池脹氣風險。通過設定特定升溫程序，可在空氣氣氛中將有機物分解與碳/鋰化合物氧化分步識別，實現組分精準量化。
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從材料研發到失效分析
熱分析技術的應用貫穿鋰電池正極材料的全生命周期：
· 研發階段：篩選高熱穩定性材料體系（如LFP vs NCM），評估摻雜/包覆改性效果；
· 工藝控制：監控煅燒終點、洗滌效率及干燥殘留；
· 安全評估：測定不同SOC下的熱失控溫度，建立安全使用窗口；
· 失效診斷：對比循環老化前后材料的熱行為變化，追溯容量衰減或產氣根源。
更進一步，結合動力學模型（如等轉化率法），還可基于多升溫速率DSC數據，計算反應活化能，預測材料在任意溫度-時間條件下的熱失控行為，為電池熱管理系統（BTMS）設計提供理論支撐。
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熱分析助力行業安全升級
盡管當前高鎳、富鋰等新型正極不斷涌現，但其熱安全評價仍缺乏統一標準。推動DSC/TGA測試方法在材料供應商、電池廠與整車企業間的協同應用，建立可比、可重復的熱穩定性數據庫，已成為行業共識。
展開 碳納米管：依托鋰電池行業邁向千億級市場的新材料
為了獲得需要的電池內阻，如果加炭黑類導電劑，通常在鋰電池里需要添加2-5%；與此不同，加碳納米管導電劑，通常在鋰電池里只需要添加0.4%-1.0%。
2、提高鋰電池極片的粘結強度，減少粘結劑的使用量。在傳統的電極結構中，導電滲流網絡一般是由零維的炭黑導電添加劑通過范德華力形成，導致了炭黑導電劑填料松散，幾乎沒有任何強度。因此，需要額外的粘結劑來幫助穩定鋰電池的電極結構。然而，考慮到粘結劑在電極中的比例有限，所得到的電極強度遠不是最優的。同時，粘結劑作為一種電絕緣元件，它使用實際上阻礙了電子傳輸，降低了電導率。與之不同的是，碳納米管作為一種高長徑比的材料，不僅具有導電的功能，具有一定的增強功能。近年來，通過碳納米管的使用，粘結劑PVDF在鋰電池里的添加量，從原來的2-3%下降到1%左右。
3、提高鋰電池的循環壽命。鋰電池里正極材料在充放電的過程中，會反復膨脹、收縮，甚至出現裂紋和開裂。長此以往，部分正極材料會脫離電池內部的導電網絡并失效，從而導致電池的性能及壽命衰減。碳納米管作為一種高長徑比的導電添加劑，可以在電池內部大范圍的構筑導電網絡，從而避免上述問題的出現。傳統的零維炭黑類導電劑，就不能提供類似的功能。
（一維線狀的碳納米管，構建并維持鋰電池內部導電網絡的示意圖）
碳納米管還具有極高的本征導熱系數，能起到提高電池極片導熱和散熱能力的作用；碳納米管在電池極片內部，形成液體擴散通道，還能促進電解液在電池極片內的浸潤性和均勻快速滲透；碳納米管在鋰電池內部構成良好導電網絡，能提高鋰電池的高倍率充放電能力。碳納米管的使用，能降低炭黑導電劑和PVDF粘結劑的使用量，提高正極材料在電池里的占比，所以還能提高一部分電池的能量密度。
展開 鋰氧電池高容量正極材料花球狀碳微球的三維復刻構筑
活性物質和電極的多孔結構設計是實現鋰氧電池中氧氣電極高容量和良好可逆性的關鍵措施.
武漢理工大學劉金平課題組報道了一種新穎的三維復刻策略, 并用于設計鋰氧電池氧氣電極用多孔碳材料的三維結構. 文章近期發表于Science China Materials, 2018, doi:10.1007/s40843-018-9367-3
圖1 三維復刻納米材料的路線
作為一個實例, 采用聚多巴胺包覆層為碳源, 通過完整復制納米結構氧化鋅模板的形貌, 成功地制備了由扭曲的中空碳納米片組裝而成的花球狀碳微球.
作為氧氣電極的活性物質, 花球狀碳微球的三維多孔結構不僅能容納放電產物過氧化鋰, 同時也能保持離子和氣體的擴散通道. 此外, 氮摻雜引入的高缺陷為氧還原/析出反應提供了充足的活性位點. 從而, 花球狀碳微球表現出高達
9163.7?mAh/g
的比容量和優異的可逆性.
本工作呈現了一種用于能源存儲和轉化的多孔碳材料的三維結構的有效可控制備方法, 即復制過渡金屬氧化物模板的納米結構.
來源：中國科學材料
展開 三元鋰電池材料配方迎革命：少鈷成大勢 無鈷很遙遠
鋰離子電池的正極材料主要有鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰、三元材料、磷酸鐵鋰等。其中鈷酸鋰是目前絕大多數鋰離子電池使用的正極材料。
磷酸鐵鋰電池的優點
1、磷酸鐵鋰電池的壽命長，循環壽命在2000次以上。在同樣的條件下，磷酸鐵鋰電池可使用7到8年的時間。
2、使用安全。磷酸鐵鋰電池經過嚴格安全測試，即使在交通事故中也不會發生爆炸。
3、充電快速。使用專用充電器，1.5C充電40分鐘即可以使電池充滿。
4、磷酸鐵鋰電池耐高溫，磷酸鐵鋰電池熱風值可以達到350到500攝氏度。
5、磷酸鐵鋰電池的容量大。
6、磷酸鐵鋰電池沒有記憶效應。
7、磷酸鐵鋰電池綠色環保，無毒，無污染，原材料來源廣泛，價格便宜。
磷酸鐵鋰電池的缺點
1、磷酸鐵鋰電池正極的振實密度小，密度一般在0.8到1.3左右。體積大。
2、導電性能差，鋰離子擴散速度慢，高倍充放電時，實際的比容量低。
3、磷酸鐵鋰電池的低溫性能差。
4、磷酸鐵鋰電池單個電池的壽命長，在2000次左右，但是磷酸鐵鋰電池組的壽命短，一般在500次左右。
磷酸鐵鋰電池的的應用領域
大型電動車輛：公交車、電動汽車、景點游覽車及混合動力車等；
輕型電動車：電動自行車、高爾夫球車、小型平板電瓶車、鏟車、清潔車、電動輪椅等；
電動工具：電鉆、電鋸、割草機等；
遙控汽車、船、飛機等玩具；
太陽能及風力發電的儲能設備；
UPS及應急燈、警示燈及礦燈（安全性最好）；
替代照相機中3V的一次性鋰電池及9V的鎳鎘或鎳氫可充電電池（尺寸完全相同）；
小型醫療儀器設備及便攜式儀器等。
鋰電池簡介
鋰電池是一類由鋰金屬或鋰合金為負極材料、使用非水電解質溶液的電池。由于鋰金屬的化學特性非?；顫姡沟?em>鋰金屬的加工、保存、使用，對環境要求非常高。
展開 國軒高科230Wh/kg磷酸鐵鋰電池將于年底量產
基于國軒高科設下的“未來磷酸鐵鋰和三元鋰電池產量占比逐步演變為6：4”大背景，至2025年磷酸鐵鋰正極材料需求將達到200萬噸，三元鋰電池正極材料則為130萬噸；至2030年，磷酸鐵鋰正極材料需求為400萬噸，三元鋰電池正極材料為260萬噸。
向上延伸，至2025年對磷酸鐵需求約為200萬噸，鎳鈷錳則為130萬噸，負極材料則為160萬噸；至2030年，動力電池市場對于磷酸鐵的需求量將達到400萬噸，對鎳鈷錳的需求約為260萬噸，負極材料的需求量則將增至380萬噸。
進一步推導計算，正極材料前端對全球鋰資源的需求量，至2025年約為90萬噸，2030年則為180萬噸。他堅信，“隔膜、電解液、銅箔、鋁箔以及相關的添加劑等產品，伴隨著投資的不斷增長，產能的不斷釋放，價格一定會回歸到價值的邊緣?！?與此同時，全球主要電池材料的制造企業亦在積極擴產，供給量也在逐漸增加中。李縝介紹，研究全球前十名主要電池材料制造企業近五年產能規劃可以看出，到2025年，鐵鋰正極、三元正極、負極材料前十位企業的產能規劃，分別達到546、267、317萬噸，遠遠超過了終端市場的實際需求量。
負極材料方面，國軒高科在內蒙古以建設一個年產40萬噸的負極材料石墨化項目，伴隨西部大開發，加上硅基負極等新材料的廣泛應用，動力電池產業對負極材料的需求將極大程度得到緩解。
碳酸鋰方面，李縝堅持，世界“鋰都”宜春，將終結鋰資源短缺。
他分析指出，2021年，中國碳酸鋰價格從年初的5萬元/噸，上漲到年底的50萬元/噸。
展開 中科大陳春華《ACS AMI》：空心球結構的鈉離子電池正極材料！
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsami.1c04035
由于化石燃料的不斷利用造成了環境污染，因此有必要尋求諸如可充電電池等環境友好型儲能系統。雖然鋰離子電池（LIBs）是目前主要的電化儲能系統，但鋰的原料豐富度（0.0065%）遠低于鈉的豐富度（2.3%），因此，鈉離子電池（SIBs）也是很有吸引力的替代品。研究人員研究了許多鈉離子電池正極材料，如過渡金屬氧化物、磷酸鹽、硫酸鹽、焦磷酸鹽，其中聚陰離子正極材料結構穩定，充放電時體積變化小。橄欖石NaFePO4作為鋰離子電池正極材料LiFePO4的類似物，具有較高的放電比容量和良好的循環性能，但傳統方法不能直接制備。
非晶態NaFePO4正極材料具有良好的放電比容量，然而，它具有倍率性能差、工作電壓低等缺點。與橄欖石NaFePO4相比，通過機械球磨方法可以直接制備出多晶型的NaFePO4，但其晶體結構缺乏Na+擴散途徑，不具有電化學活性，另一方面，Na2FeP2O7材料具有較高的電壓平臺，但其電化學反應涉及單電子遷移過程，導致其理論容量相對較低，從而縮小了該材料的應用范圍。
因此，作者采用一種簡便的噴霧干燥方法合成了具有空心球微結構的碳包覆Na4Fe3(PO4)2(P2O7)（NFPP/C）粉末。本項工作中作者使用廉價的葡萄糖作為碳源，降低了合成NFPP/C的成本。所獲得的樣品具有良好的循環穩定性，在10C下1500周循環后仍有92%的初始容量，優化后的樣品在高溫下仍具有優異的電化學性能。此外，通過將這種NFPP/C正極與硬質碳負極結合組裝成鈉離子全電池，其能量密度高達108 Wh kg?1。另外，作者發現NFPP/HC在充放電過程中體積變化較小。
展開 
助力高鎳正極全固態鋰金屬電池
（a，b）填充了LiTFSI的Q-COF的一維傳輸通道模擬圖；（c）Q-COF通道中LiTFSI的優化結構；（d）Li+和TFSI-的分布密度；（e，f）鋰離子和Q-COF之間配位環境的兩個代表性結構；（g）Q-COF中LiTFSI的RDF；（h）氮原子和氟原子形成；（i）Q-COF和TFSI-的氟原子形成；（j）純鋰鹽；（k）最初以AA方式堆疊的兩個相鄰Q-COF層之間具有1.6nm偏移的鋸齒化模型；（l）外電場下Q-COF SSE、鋸齒化模型、純LiTFSI中鋰離子的遷移速度。
圖5. （a，b）由I-COF SSE和Q-COSSE構成的對稱電池長循環測試；（c-d）循環后的鋰負極的SEM圖像；（f）鋰離子遷移數測試；（g，h）Q-COF SSE固態Li/NMC811電池的充放電曲線；（i）Q-COF SSE的態Li/NMC811電池的循環性能；（j）柔性固態Li/Q-COF SSE/NMC811軟包電池。
總之，開發了一種具有寬電化學窗口和整體定向離子遷移通道的晶體共價有機框架SSE薄膜，首次使具有高壓富鎳正極的固態鋰金屬電池具有穩定的循環性能。引入了方便的機械制備方法，成功實現了共價有機框架SSE薄膜（001）面的整體取向，顯著提高了離子電導率。通過MD模擬，進一步證明了沿共價有機框架有序通道和快速離子遷移速度的定向鋰離子跳躍路徑。因此，使用Q-COF SSE組裝的電池在400個周期內表現出相對穩定的循環性能。這項工作為開發面向下一代高能密集固態電池的快速離子導電和高壓自適應共價有機框架SSE鋪平了道路。
（
文：Doublenine
）
本文來自微信公眾號“材料科學與工程”。
展開 Sci.經典綜述：第一性原理計算材料設計用于鋰離子電池中的儲能材料
雖然這些第一性原理方法可以計算鋰離子電池材料的相關性能，但可能由于基礎和計算的限制仍會產生一些不準確性。此外，從蒙特卡洛模擬所獲得的自由能通常只包含構型熵，系統內所包括的其他熵機理（包括振動、電子和磁性）則需要顯著的計算成本。
圖2 計算方法的概念流程圖
【性能預測】
這部分重點介紹鋰插入電極材料，即在正極材料上反生的反應是在電池放電期間將鋰離子嵌入主體中（自發過程），而在電池充電期間鋰離子脫出主體化合物。
圖3 鋰離子電池中最相關的正極材料的晶體結構和電壓-組成曲線圖
（a）層狀LiCoO2（R3-m S.G.）——氧（紅）層以ABC序列堆疊，鋰（綠）和鈷（藍）位于交替層的八面體間隙位置
（b）尖晶石型LiMn2O4（Fd-3m S.G.）——鋰（綠）位于氧堆疊形成的四面體間隙位置
（c）橄欖石型LiFePO4（Pnma S.G.）——磷（黃）和氧形成四面體單元，采用共角連接于FeO6八面體平面
3.1 晶體結構與相變：容量和循環穩定性
3.1.1 初始主體化合物的建模
進行第一性原理計算所需的唯一輸入是晶體結構和材料組成。由于組成和結構作為獨立的變量輸入，因此研究人員可以在準備實驗之前利用DFT法快速探索潛在的電極材料。計算的目的是指導實驗，而不是替換實驗。為了設計新材料，通常的出發點是分析給定結構類型的成分改性所帶來的影響，與實驗不同，這些可以通過計算快速完成。
另一方面，可以確定組成并評估晶體結構對電化學性能的影響。此外，第一性原理計算可以探索多晶型化合物的相對熱力學穩定性，特別地，在DFT計算中壓力是一個容易控制的參數，而在實驗中則不然。
展開 中科院&國科大《EES》：實現廢鋰離子正極材料的綠色回收！
論文鏈接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/ee/d0ee03914d
圖1.降解正極的表征和演示
圖2.分離過程和結果示意圖。
圖3.表征水對正極材料的影響。
圖4.NCM材料的形態，組成和結構表征。
圖5.NCM材料的電化學性能。
在這項研究中，全面分析了循環、分離和再生后基于NCM的正極的特性和演變。證實了由于長時間循環而導致的殘留鋰化合物的增加，以及PVDF的溶脹和集電器的腐蝕導致了界面處粘合力下降。在顆粒表面殘留鋰化合物增加的指導下，設計了一種極其簡單但有效且環保的方法，以成功地將正極材料與鋁箔分離。通過這種良性方法，無需使用有機溶劑，并且不會發生二次污染。
電化學性能表明，再生材料在循環和速率性能方面與原始材料相當，并且在100次循環后仍保持94.5％的容量保持率，在1C循環后具有出色的容量恢復能力。與現有的回收策略相比，本工作中的水分離工藝具有替代有毒有機溶劑分離的巨大潛力，并且可以實現廢NCM的可持續再生。此外，對于所有具有堿性表面的正極材料，水分離過程是方便且可擴展的。本文所述的有效方法將為廢電池的回收中的后續工業火法冶金或濕法冶金工藝奠定堅實的基礎。（文：SSC）
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展開 使用J-OCTA軟件探索鋰離子電池新材料
全固態電池有望在未來十年內實現商業化量產，為發現更多可能，汽車動力電池研發的重心也開始轉向探索新材料。因此，不論是固體電解質還是其他相關材料的探索，工程師們對材料模擬平臺越來越依賴。
本文將介紹鋰離子電池的組成部分中的陽極、陰極、電解質材料的測評與仿真研究實例。
一、 陽極分析
眾所周知，吉野彰博士在鋰離子電池的商業化應用中做出了重大貢獻，他采用碳材料代替金屬鋰作為鋰電池的負極。正極材料沿用時下廣泛應用的鈷酸鋰（LiCoO2）。
用于鋰離子電池負極的碳材料使用的是一種將鋰嵌入層狀碳中的化合物，稱為石墨插層材料。通過充電，鋰離子從正極LiCoO2上脫附，隨后嵌入層狀碳中生成LiC6即石墨插層材料(相反的過程發生在放電時)。雖然這是個可逆的過程，但預計由于鋰離子的插入，電極的體積會膨脹或機械性能將發生變化。
我們使用第一性原理計算引擎SIESTA對這一現象進行了分析和評估，假設在弛豫分析后鋰離子完全解吸，[圖1]顯示了LiC6的模型圖（左）和弛豫后的石墨模型（右）。
[圖1] LiC6的模型圖（左）和弛豫后的石墨模型（右）
[表 1] 是[圖 1] 中模型的弛豫分析，顯示了層間距離、體積變化和C 33（GPa），即層間鍵的強度。結果表明，在鋰離子吸收過程中，層間長度膨脹約8%，體積膨脹約10%。石墨的C33相關鍵的強度比LiC6降低了約40%。
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