MIT李巨：充电寿命和效率大幅提升锂电池充电技术取得突破

本文摘要：锂空气电池的能量密度较高，因此被寄予厚望在电动汽车和便携设备中的前景。不过锂空气电池技术现在有一些相当严重的缺点：热损耗较小，容量上升较慢，而且必须便宜的元器件掌控氧气的出入，因此不能制成非封闭式电池，用于一起不过于便利。 现在有一种新的电池化学方法，需要解决上述问题，性能上与锂空气电池相似，并可以制成传统的全封闭式电池。

锂空气电池的能量密度较高，因此被寄予厚望在电动汽车和便携设备中的前景。不过锂空气电池技术现在有一些相当严重的缺点：热损耗较小，容量上升较慢，而且必须便宜的元器件掌控氧气的出入，因此不能制成非封闭式电池，用于一起不过于便利。　　现在有一种新的电池化学方法，需要解决上述问题，性能上与锂空气电池相似，并可以制成传统的全封闭式电池。

纳米氧化锂阴极电池微结构示意图（红白颗粒回应为锂氧化合物，类似于海绵物回应为氧化钴）　　这种新的电池技术被称作纳米氧化锂阴极电池（nanolithiacathodebattery），由麻省理工学院核科学与工程系巴特尔能源联盟（BattelleEnergyAlliance）教授李巨、博士后朱志（音）以及其他五名来自麻省理工学院、阿贡国家实验室、以及北京大学的研究人员发明者。李巨　　李巨教授说明，锂空气电池一个问题是电池电压与静电电压不给定，电池的电池电压比静电电压要低1.2V以上，这意味著电池时会有相当大的能量损失。他说道：“电池时有30%左右的电能以热量的形式消耗掉了，如果电池过慢，电池知道不会自燃一起。”　　固态氧元素　　传统的锂空气电池在静电时会从空气中提取氧气以已完成静电的化学反应，电池时这些氧气又被释放出。

　　与传统锂空气电池一样，纳米氧化锂阴极电池也是利用锂和氧的电化学反应来展开充放电。但新方法中氧元素会再行还原氧气，而是以固态形式不存在，并在三种水解还原成态中必要转换，这三种可互相切换的化合物分别是Li2O、Li2O2与LiO2，混合在一起呈圆形玻璃态。新方法在电池时的电压损失从1.2V减少为0.24V，仅有为原有方法的五分之一，因此只有大约8%的电能以热量形式损失丢弃了。“除了能源效率的提高，从安全性的角度来说，电池包收到的热量就越较少，就意味著汽车电池的速度就越慢。

”李教授说。　　新方法也解决问题了锂空气电池的另一个问题：每一次充放电，氧元素都要在气态和固态之间转换一次，经过多次充放电以后，电池结构中的材料导电特性大幅度上升，这使得锂空气电池的寿命很受限。

　　新方法的诀窍就在于研发了一种纳米级的粒子，这种粒子包括了玻璃态的锂和氧元素，由氧化钴构成的矩阵将这些锂和氧元素相同寄居，研究人员将这种粒子称作纳米氧化锂。李教授回应，LiO2、Li2O2和Li2O在这种结构中需要以固态的形式展开切换。

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