據(jù)外媒報(bào)道，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校（UniversityofCaliforniaSanDiego）和博伊西州立大學(xué)（BoiseStateUniversity）的研究人員開發(fā)了一種新方法，用以制造新型鋰電池材料。該方法通過使非晶材料和鋰進(jìn)行循環(huán)，將其轉(zhuǎn)化為晶體材料。

該團(tuán)隊(duì)采用這種方法，將名為氧化鈮的非晶（無定形）材料轉(zhuǎn)化為新型晶態(tài)Nb2O5負(fù)極，使其具有出色的鋰存儲(chǔ)和快速循環(huán)能力。關(guān)于制造其他傳統(tǒng)方法難以制造的鋰電池材料，這種工藝可能發(fā)揮用途。這項(xiàng)研究由加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程學(xué)教授ShyuePingOng實(shí)驗(yàn)室的研究人員和博伊西州立大學(xué)材料科學(xué)和工程學(xué)教授Hui(Claire)Xiong共同領(lǐng)導(dǎo)。

隨著油價(jià)上漲，人們對(duì)電動(dòng)汽車的需求日益上升。然而，目前為電動(dòng)汽車供應(yīng)動(dòng)力的鋰電池成本較高，而且充電太慢，因此迫切要開發(fā)新的電池材料。Xiong團(tuán)隊(duì)的博士校友、這項(xiàng)研究的重要作者PeteBarnes表示：假如想要充電15分鐘，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航200或300英里，要用到新電極，使其能以非?？斓乃俣瘸潆?，而且不會(huì)出現(xiàn)太大的性能損失。

目前，鋰電池充電的最大瓶頸之一在于負(fù)極。常用的石墨負(fù)極具有高能量密度，但是充電速度慢，因?yàn)殇嚱饘馘儗右滓鸹馂?zāi)和爆炸風(fēng)險(xiǎn)。研究人員將插層金屬氧化物（intercalationmetaloxides）視為有前途的負(fù)極替代品，如該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的巖鹽Nb2O5材料，有望降低在低電壓下的鍍鋰風(fēng)險(xiǎn)。

為了制造這種負(fù)極材料，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種創(chuàng)新技術(shù)，名為電化學(xué)誘導(dǎo)非晶態(tài)到晶態(tài)轉(zhuǎn)變（electrochemically-inducedamorphous-to-crystallinetransformation）。這種新電極在20mA/g的充電速率下，可實(shí)現(xiàn)269mAh/g的高儲(chǔ)鋰容量，更為重要的是，在1 A/g的高充電速率下，繼續(xù)保持191 mAh/g的高容量。Xiong表示：這項(xiàng)工作中最令人興奮的是，發(fā)現(xiàn)了一種創(chuàng)造新型鋰電池電極的新方法。其訣竅在于從更高的能量相位開始，比如非晶態(tài)材料。只需將材料和鋰進(jìn)行循環(huán)，就可以創(chuàng)造出新的晶體排列，其性能優(yōu)于通過固態(tài)反應(yīng)等傳統(tǒng)方法制造的材料。

這種負(fù)極具有卓越的倍率性能，源于其無序巖鹽（DRX）結(jié)構(gòu)，這有點(diǎn)像廚房的鹽，但鋰和鈮原子以隨機(jī)方式排列。相對(duì)來說，DRX正極材料較為常見，而DRX負(fù)極較為少見。加州大學(xué)圣地亞哥分校Ong材料虛擬實(shí)驗(yàn)室的博士校友YunxingZuo利用計(jì)算技術(shù)，展示將Li插入非晶態(tài)Nb2O5的過程，從而獲得亞穩(wěn)態(tài)材料。該團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了一種衡量標(biāo)準(zhǔn)，以發(fā)現(xiàn)其他可能以類似方式合成的金屬氧化物。另外，計(jì)算結(jié)果表明，DRX結(jié)構(gòu)中含有快速鋰擴(kuò)散路徑，具有較高的倍率性能。

研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)工作僅僅是開啟了一種全新的材料合成思維方式。Ong表示：原子喜歡以某種方式排列自己。用傳統(tǒng)方法制造材料，通常會(huì)反復(fù)得到同樣的結(jié)果。這種新方法開辟了一條富有前景的道路，可用于制造其他非常規(guī)金屬氧化物。