未来NEC电池的新材料

研究人员发现了一种新型高性能且安全的电池材料（LTPS），能够将充电和放电速度加快到迄今为止从未观察到的水平。实际上，如果首次测试得到证实，这种新材料可以用于未来的电池，具有更好的能量存储、更快的充电和放电速度以及更高的安全性，适用于智能手机、电动自行车和汽车等多种用途。

风能或光伏等可再生能源是间歇性的。生产高峰不一定跟随需求高峰。因此，储存绿色能源对于摆脱化石燃料至关重要。光伏电池产生的能量在白天储存起来，风力发电产生的能量在有风时储存起来，以供以后需要时使用。

我们现在有什么？

锂离子技术是目前性能最好的基于电池的储能技术。锂离子电池用于小型电子产品（智能手机、笔记本电脑），是电动汽车的最佳选择。他们的缺点是什么？例如，由于制造问题，锂离子电池可能会着火。这部分是由于当前电池中存在液体有机电解质。这些有机电解质是电池所必需的，但高度易燃。

解决方案？从液体易燃电解质转变为固体（即转向“全固态”电池）。这是一个非常困难的步骤，因为固体中的锂离子比液体中的锂离子流动性差。这种较低的迁移率限制了电池在充电和放电速率方面的性能。

鲁汶大学的发现

科学家们一直在寻找能够实现未来全固态电池的材料。加州大学鲁汶分校的研究人员最近发现了这种材料。其名称？LiTi2(PS4)3 或 LTPS。研究人员在 LTPS 中观察到有史以来在固体中测得的最高的锂扩散系数（锂迁移率的直接测量值）。LTPS 显示出比已知材料高得多的扩散系数。研究结果发表在 Cell Press 的科学杂志《Chem》上。

发现？这种锂迁移率直接来自LTPS独特的晶体结构（即原子排列）。对这一机制的理解为锂离子导体领域开辟了新的视角，并且在 LTPS 之外，为寻找具有类似扩散机制的新材料开辟了一条途径。

下一步是什么？研究人员需要进一步研究和改进该材料，以实现其未来的商业化。尽管如此，这一发现仍然是理解具有极高锂离子迁移率的材料的重要一步，而这种材料最终是开发未来“全固态”电池所需要的。包括 LTPS 在内的这些材料最终可能会用于我们日常生活中使用的许多技术，从汽车到智能手机。

这项研究是与丰田合作进行的，丰田为这项研究提供了科学和财政支持。已提交一项专利，将加州大学鲁汶分校的研究人员列为发明人。
 

一、硅碳复合负极材料

数码终端产品的大屏幕化、功能多样化后，对电池的续航提出了新的要求。当前锂电材料克容量较低，不能满足终端对电池日益增长的需求。
 

硅碳复合材料作为未来负极材料的一种，其理论克容量约为4200mAh/g以上，比石墨类负极的372mAh/g高出了10倍有余，其产业化后，将大大提升电池的容量。现在硅碳复合材料存在的主要问题有：

1、充放电过程中，体积膨胀可达300%，这会导致硅材料颗粒粉化，造成材料容量损失。同时吸液能力差。

2、循环寿命差：目前正在通过硅粉纳米化，硅碳包覆、掺杂等手段解决以上问题，且部分企业已经取得了一定进展。

相关研发企业：目前各大材料厂商纷纷在研发硅碳复合材料，如BTR、斯诺、星城石墨、湖州创亚、上海杉杉、华为、三星等。　国内负极材料企业研发硅基材料的情况是：大部分材料商都还处于研发阶段，目前只有上海杉杉已进入中试量产阶段。

二、钛酸锂

钛酸锂电池是一种锂离子电池，其正极材料为钛酸锂（Li₂TiO₃），负极材料为碳材料。相比于传统的锂离子电池，钛酸锂电池具有更高的安全性、更长的使用寿命和更快的充电速度等优势。 钛酸锂电池的正极材料钛酸锂具有较高的化学稳定性和热稳定性，可以提高电池的安全性能。同时，钛酸锂还具有良好的电化学性能和循环稳定性，能够保持长期的高容量和长寿命。 钛酸锂电池的负极材料采用碳材料，例如天然石墨、人工石墨、碳纤维等，这种负极材料具有较高的比容量和较长的使用寿命。与此同时，钛酸锂电池的电解液通常采用无水有机溶液体系，例如碳酸二甲酯（DMC）和丙烯腈（AN）混合物，可以提高电池的充电速度和能量密度。 由于其安全性、长寿命和快速充电等优点，钛酸锂电池被广泛应用于电动汽车、电动工具、太阳能电池储能系统、电力工具等领域。