真的有将锂电池能量密度提高30%的全新方法吗？
来源：宝鄂实业
2019-04-15 10:28
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当锂电池第一次充电时，它们在第一个循环就损失了高达5-20％的能量”，杨远说道，“通过结构的改进，我们已经能够避免这种损失。同时，我们的方法在增加电池寿命方面有巨大潜力，有望应用于便携式电子设备和电动汽车。”
在被生产出来之后的第一次充电期间，锂电池中的一部分电解质会因还原反应，从液态变为固态，并附着在电池的负极上。这个过程是不可逆的，会降低电池的存储能量。
在现有的电极制造技术下，这一过程来带的损失约为10％，但是对于具有高容量的下一代负极材料，例如硅，损耗则将达到20-30％，这是将大大降低电池的实际可用容量。
为了补偿这样的初始损耗，传统的方法是在电极中加入某些富锂材料。然而，由于这类材料大多在空气环境中不稳定，因此必须在完全没有水分的干燥空气里制造，故而大幅增加了电池的制造成本。
杨远开发的这种三层电极结构则确保了电极完全可以在普通空气环境下完成制造。
首先，他使用了一层“PMMA”（即常见的有机玻璃材料），来隔绝锂与空气和水分的接触；然后在PMMA聚合物上加一层人造石墨或硅纳米颗粒等活性材料；最后，他让PMMA聚合物层溶解在电池电解质中，从而将锂与电极材料导通。
杨远解释说：“这样我们就可以避免不稳定的锂和锂化电极间的空气接触。采用该结构的电极可以在普通空气环境下完成，更容易实现电池电极的量产。”
三层结构电极的生产过程： PMMA在初始状态下确保锂不会与空气中的水分发生反应。当PMMA被电池电解质溶解后，石墨与锂接触以补偿由于电解质的还原而引起的初始损耗。
杨远的方法将现有石墨电极的损耗从8％降低到0.3％，将硅电极的损耗从13％降低到-15％（ 负数表示由于添加了新的锂材料，导致电池的容量教初始状态还有了增加）。过量的锂可以补偿随后循环中的容量损失，因此可以进一步增强电池的循环寿命。
锂离子电池的能量密度（或者叫容量）在过去的25年中一直保持着5-7％的年增长率，而杨远研究成果给进一步提高这个增长率提供了可行性方案。他的团队现在正在努力减少PMMA涂层的厚度，以降低其在锂电池中的比例更低，并争取实现工业化生产。能量密度(Energydensity)是指在单位一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度也就是电池平均单位体积或质量所释放出的电能。电池的能量密度一般分重量能量密度和体积能量密度两个维度。
电池重量能量密度=电池容量×放电平台/重量，基本单位为Wh/kg(瓦时/千克)
电池体积能量密度=电池容量×放电平台/体积，基本单位为Wh/L(瓦时/升)
电池的能量密度越大，单位体积、或重量内存储的电量越多。
▌什么是单体能量密度？
电池的能量密度常常指向两个不同的概念，一个是单体电芯的能量密度，一个是电池系统的能量密度。
电芯是一个电池系统的最小单元。M个电芯组成一个模组，N个模组组成一个电池包，这是车用动力电池的基本结构。
