美國加州大學(xué)伯克利分校的一位化學(xué)家通過富錳分層狀的復(fù)合正極技術(shù)，使相同重量的鋰離子電池容量提高了2倍。

這種電池采用的是傳統(tǒng)的鋰錳尖晶石正極技術(shù)，所謂尖晶石結(jié)構(gòu)是指三維排列原子的材料。眾所周知，在目前的鋰離子電池中有一種不平衡存在于兩個(gè)電極之間：負(fù)極配置可以接受更多的電荷以提高整個(gè)電池的比容量。

富錳分層技術(shù)包括兩個(gè)含義：1、富錳：就是指高容量的富錳正極，試驗(yàn)證明，鋰離子電池正極材料同時(shí)具有活性成分和惰性成分，通過正極材料活性成分，鋰離子可在正負(fù)極間移動(dòng)形成充放電;而惰性成分有助于穩(wěn)定活性物質(zhì)，從而延長電池壽命。富錳正極材料可以帶來多出1/3的能量密度。2、分層：就是指這種電池的制備采用兩個(gè)不同的分層組件，使正極表現(xiàn)為一層層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，為此，在涂層、孔隙率和材料成分等工藝選擇上要進(jìn)行改進(jìn)。通過分層技術(shù)，使鋰離子電池正極材料配比更趨合理，最終使正極材料可接受的電荷數(shù)量獲得極大提升。

目前配合上述加州化學(xué)家開發(fā)這種技術(shù)的公司是恩維亞系統(tǒng)公司，公司開發(fā)的電池比容量為300Wh/kg，而公司希望通過正極材料的改進(jìn)將這一指標(biāo)提高到400Wh/kg。在電池負(fù)極荷電量大于正極的情況下，電池容量的提升重要依靠正極材料，這就是富錳分層技術(shù)存在的一大好處，通過這種技術(shù)從理論上可以生產(chǎn)出真正的大容量鋰離子電池。

鋰離子電池自上世紀(jì)90年代商品化以來，在小型便攜設(shè)備上的應(yīng)用已經(jīng)取得了巨大的成功，但是，以動(dòng)力鋰電池和儲(chǔ)能電池為重大應(yīng)用需求的下一代鋰離子電池，在滿足安全、環(huán)保、成本、壽命等基本條件下，要求具有更高的能量密度和快速充放電能力。目前已廣泛應(yīng)用的鋰離子電池正極材料重要包括層狀的鈷酸鋰(LiCoO2)、錳酸鋰(Li2MnO4)、橄欖石型結(jié)構(gòu)磷酸鐵鋰(LiFePO4)，比容量均在170mAh/g以下，相關(guān)于穩(wěn)定在350mAh/g以上的碳負(fù)極來說，正極材料的低能量密度已成為進(jìn)一步提高鋰離子電池能量密度的瓶頸，亟需開發(fā)更高容量的新型正極材料。美國能源部對下一代鋰離子動(dòng)力鋰電池的能量密度要求達(dá)到300Wh/kg，幾乎是目前實(shí)際應(yīng)用的鋰離子電池能量密度的2倍以上。正極材料是鋰離子電池技術(shù)的核心和關(guān)鍵，決定了鋰離子電池的性能和成本。

本報(bào)告將新型非經(jīng)典結(jié)晶理論與方法應(yīng)用于正極材料制備和組裝過程。基于溫度場、壓力場、溶劑場等改變金屬離子溶劑化效應(yīng)，建立面向應(yīng)用的高能量密度鋰離子電池正極材料設(shè)計(jì)方法與規(guī)模化制備新技術(shù)。本報(bào)告著重從提升正極材料的比容量和工作電壓兩方面介紹高鎳三元材料、富鋰錳基材料和高電位鎳錳酸鋰等高比能量正極材料的介尺度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備與性能調(diào)控研發(fā)進(jìn)展，為將它們應(yīng)用于下一代鋰離子電池供應(yīng)理論基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)依據(jù)。