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06-18
在锂电池中添加盐，能量密度可提升三倍！ 这个简单不复杂的结论，甚至有点像民科，是美国劳伦斯伯克利国家实验室的最新研究成果。
研究人员发现，使用无序岩盐（DRX）制造电池正极材料可以显着提高能量密度，解决电池需求飙升导致的镍和钴短缺问题。
多年来一直依赖镍钴高价和稀缺资源的锂离子电池，目前已经实现了更可持续的突破。
值得一提的是，这项新研究的带头人是毕业于浙江大学化学系本科的中国人陈国英。
在电池正极材料中添加一些盐。
这种无序岩盐，英文名称为Disordered rock salt，是普通食盐的近亲，在地壳中非常常见。
△岩盐的一种。
据研究，使用无序岩盐加上一些其他过渡金属可以完全替代常用的镍和钴元素作为三元锂电池的正极材料。
也就是说根本不使用镍和钴。
无序岩盐+锰仍然可以合成动力电池的正极。
此外，无序岩盐还可以使电池的能量密度增加三倍，并提供更长的续航里程。
同时，研究人员还发现无序岩盐具有很高的成分灵活性。
可用的电池阴极可以使用任何过渡金属合成，例如锰或钛，这可以显着降低电池原材料的价格。
众所周知，三元锂电池是当今动力电池的主流类型之一。
并因其能量密度高、热稳定性好，常被选为高端车型的标配。
钴离子有助于维持正极氧化物的稳定性，抑制锂和镍的混合，保证电池寿命；镍离子有助于提高能量密度，是锂电池的关键成分。
那么为什么要研究新材料来替代这两种元素呢？ 无序岩盐给出的新选择需要寻找镍和钴的替代材料，最重要的是因为这两种元素未来将进入短缺状态。
一般来说，三元锂电池的正极主要由镍、钴、锰三种元素组成。
镍、钴元素的比例通常在70%以上。
△三元电池正极材料结构，来源：EER 随着电动汽车市场的不断扩大，三元锂电池的需求量增加，带动了镍、钴元素的需求激增。
标准普尔全球最近的一份报告显示，从2020年到2020年，电动汽车销量将翻一番，达到1万辆，预计届时钴和镍都会出现短缺。
Wood Mackenzie去年还预测，如果新的采矿项目没有取得成果，今年钴需求将短缺15%以上。
但同时，由于钴和镍在电池材料中的重要性，最好在真正面临短缺之前找到一些替代品。
研究人员认为，无序岩盐是一种非常好的替代材料。
从结构上看，无序岩盐的晶体结构是立方体而不是层状，因此不需要钴来保持稳定性。
△右侧为DRX阴极结构，来源：伯克利实验室。
同时，立方晶体结构允许锂离子在三个维度上自由移动，可以容纳更多的锂离子并提供更高的能量密度，取代镍。
元素的作用。
研究人员还将这种无序岩盐材料称为富锂正极材料。
为了更好地研究这种材料，研究人员还建立了无序岩盐联盟。
研究团队介绍 该联盟成立于今年10月，由劳伦斯伯克利国家实验室牵头。
主要负责人有两个，分别是陈国英和在伯克利实验室研究电池组的Gerbrand Ceder。
Ceder 还担任加州大学伯克利分校材料科学与工程系教授。
陈国英本科毕业于浙江大学化学专业。
2011年毕业后，先后在中国科学院上海有机化学研究所和宾夕法尼亚大学获得有机化学硕士和化学博士学位。
2009年，陈国英开始在伯克利实验室工作。
他的研究方向是提高锂离子电池的能量密度、循环寿命和安全性。
在材料化学一级期刊发表论文66余篇，总被引用100次。
Gerbrand Ceder是著名的锂电池专家，也是全球顶尖的材料计算专家之一。
Gerbrand Ceder 在比利时鲁汶大学本科学习冶金和应用材料科学。
毕业后直接攻读博士学位，2011年获得加州大学伯克利分校材料科学博士学位。
曾任麻省理工学院材料科学与工程学院教授，??后返回加州大学，伯克利。
研究方向包括储能（包括锂离子电池、钠离子电池、全固态电池等）、数据挖掘、高通量计算等。
Gerbrand Ceder在Nature、Science等顶级期刊发表论文100余篇，引用次数超过115,000次。
目前，无序岩盐联盟的成员分布于各个国家实验室和大学。
不同的团队正在研究计算模型，不断改进化学成分，并开发最适合无序岩盐阴极的电解质。
该联盟已获得美国能源部汽车技术办公室1万美元（约1.46亿元人民币）的资助，目标是在未来五年内推出电池级无序岩盐正极材料并最终实现商业化。
陈国英表示，目前研究的最大挑战是提高无序岩盐正极材料的循环寿命，目标达到数千次以上。
当无序岩盐正极材料推出后，高性能、长寿命、低价格的新型锂电池无疑将在电池市场上极具竞争力。
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