锂電池新型材料有哪些？
不斷提升锂電池综合性能是锂電池发展的唯一方向，而要提升锂電池性能的主要方法就是对锂電池材料的不断研发和创新，下面介绍关于可以提升锂電池性能的新型材料基本情况。
1、锂電池新型材料之新型高熵储能材料
由德国卡尔斯鲁厄理工学院提出的一种适合储能应用的新型高熵材料，研究人员以多阳离子过渡金属基高熵氧化物为前体，LiF或NaCl为反应物，用简易机械化学方法，制备多阴离子和多阳离子化合物，从而生成锂化或钠化材料，成功合成一种具有岩石盐结构的氟氧基正极活性材料，适用于下一代锂電池应用。
这种锂電池新型材料优势在于熵稳定，表现出更强的锂储存性能，改变了传统锂電池的组成元素，提升循环性能，还且可以减少电池正极中有毒和昂贵元素使用。
2、锂電池新型材料之层状氧化物
據行業媒體報道資料國內研究人員在層狀金屬氧化物領域的研究取得進展，研究人員發現在層狀氧化物中氧的擴散遠比人們想象中的容易，氧離子在電池循環過程中的擴散流失導致材料內部形成了大量的納米尺寸氣泡，同時引發材料晶體結構的相變，成果已發布于《自然·納米技術》。
这种锂電池新型材料改变了人们对氧离子在层状金属氧化物中的产生和扩散规律的理解，对锂電池正极材料稳定性提供了重要的研究基础。
3、锂電池新型材料之多层硅/碳复合结构
西安交通大學金屬材料強度國家重點實驗室與西交大蘇州研究院及納米學院合作，基于原位可控凝膠化過程，制備出Cu導電添加劑及碳納米管增強的多層矽/碳複合結構。其多層結構特征和碳納米管增韌碳基體可有效釋放充放電過程中矽負極體積變化而産生的巨大應力，Cu導電添加劑的引入提升了複合材料的導電性。成果已發布于《美國化學會·納米》。
突破点：该复合材料电极在1A·g-1的大电流密度下经过900次循环后比容量达到1500 mAh·g-1;在4A·g-1的大电流密度下循环展示出1035mAh·g-1的比容量，充分表明在硅颗粒巨大体积变化过程中电极材料仍保持优异的结构稳定性。该研究工作通过微观组织和界面结构的巧妙设计解决了硅负电极体积效应这一瓶颈问题，有望为新一代高性能锂离子硅负极的开发和应用提供重要参考。
4、锂電池新型材料之环己六酮
中國科學院院士、南開大學化學學院教授陳軍團隊設計合成了一種具有超高容量的锂離子電池有機正極材料——環己六酮，放電比容量可達902mAhg-1。此外，由于環己六酮在高極性的離子液體中的溶解度較低，使得其在離子液體基的電解液中具有較好的循環性能，組裝的電池體現高容量和長循環壽命等特征。成果已發布于《德國應用化學》。
此類有機正極材料展現了锂離子電池目前所報道的最高容量值，刷新了锂離子電池有機正極材料容量的世界紀錄。這項工作爲高容量有機電極材料的設計、制備以及電池應用提供了一種新的思路。以環己六酮爲正極的锂離子電池能夠實現電池容量更高、壽命更長等優勢，爲將來電動汽車、儲能電網等領域的應用提供支撐。
5、锂電池新型材料之石墨+卤素转换插层化学
马里兰大学在石墨中引入卤素转换插层化学，创新研发复合电极，并将这一阴极与钝化石墨阳极相结合，打造出能达到4V的锂离子水系全电池，能量密度为460 Wh/kg，库仑效率约为100%。电池基于负离子转换-插层机制，结合高能量密度的转换反应，具有插层的优良可逆性，提高水系电池的安全性。
突破点：这种电池从根本上不同于“双离子”电池。双离子电池将复杂阴离子，在低填充密度下，可逆性插入到石墨中，稳定的阴离子不发生氧化还原反应，导致容量低于120mAh/g。新型全电池的能量密度约为460 Wh/kg，超过最先进的非水液态锂离子电池(考虑到电解质质量后，其能量密度仍能达到304Wh/kg)。
6、锂電池新型材料之氮化硼纳米涂层
哥倫比亞大學通過植入氮化硼(BN)納米塗層穩定锂離子電池中的電解質，從而降低電池短路的風險。
突破点：锂离子电池内部的液体电解质高度易燃，存在短路、起 火风险，但5至10纳米的氮化硼(BN)纳米膜即可用作保护层，从而隔绝金属锂和电解质之间的电接触，氮化硼(BN)纳米膜在化学上和机械上又对锂稳定，电子绝缘水平高，所以其可在较大程度上提高锂离子电池安全性。
7、電池新型材料之非晶Al2O3塗層
韓國漢陽大學研究人員利用非晶Al2O3實現石墨表面改良，非晶Al2O3塗層大幅提升了石墨等電池材料與蓄電池隔板的潤濕性。研究人員采用LiCoO2陰極及塗覆Al2O3的石墨陽極開展純電芯測試，經試驗證明，引入非晶Al2O3後可提高石墨陽極材料的充電性能。成果已發布于《能源雜志》。
在4000mA/g的高充電速率下，表面改良型石墨的可逆容量約爲337.1?mAh/g，其中Al2O3的重量占比爲1%，在電量強度爲100?mA/g時，相對應的電容保有量約爲97.2%。據研究人員預計，塗層提升了石墨電極整個表面區域的電解質滲透率，從而提升石墨陽極材料的快充性能。該成果提升了锂離子電池石墨陽極材料的快充性能表現。
8、锂電池新型材料之多孔硅基复合负极(ASD-SiOC)
東華大學材料學院楊建平研究員課題組及江莞教授研究團隊在矽基锂離子電池領域取得重要進展。研究團隊選取苯基橋聯的有機矽前驅體，采用溶膠-凝膠法和高溫煅燒兩步反應，制備出一種新的多孔矽基複合負極(ASD-SiOC)，表現出優異的循環穩定性和結構穩定性。成果已發布于《德國應用化學》。
這種新的設計具有衆多優點：活性基質SiOx單元與碳可以實現原子尺度下的複合;碳三維網絡有效提高了材料的導電性;多孔結構既緩沖了體積膨脹，又加快了锂離子的傳輸;在後續的循環過程中，ASD-SiOC負極可以轉化爲更加穩定的複合結構，可以實現高的庫倫效率。該研究表明碳分布對于保持複合負極材料的結構和性能穩定性具有非常重要的作用。
锂電池新型材料之硅纳米粒子
加拿大阿爾伯塔大學化學家布裏亞克團隊發現將矽塑造成納米級的顆粒有助于防止它破裂。研究人員測試了四種不同尺寸的矽納米顆粒，發現最小的顆粒(直徑僅爲30億分之一米)在多次充放電循環後表現出最佳的長期穩定性。成果已發布于《材料化學》。
這項成果克服了在锂離子電池中使用矽的限制。這一發現可能導致新一代電池的容量是目前锂離子電池的10倍，朝著制造新一代矽基锂離子電池邁出了關鍵的一步。該研究有廣闊的應用前景，特別是在電動汽車領域，可以使其行駛裏程更遠，充電速度更快，電池重量更輕。
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