图文：美国阿贡国家实验室单克瑞博士演讲

美国阿贡国家实验室单克瑞博士演讲(新浪科技配图 摄影：沙鸥)

　　3月4日消息，第三届华南锂电高层论坛今日在深圳会展中心开幕。本次大会以“新技术·新材料·新应用”为主题，由信息产业部电信研究院、信息产业部数据通信产品质曾量监督检验中心和中国威尔克实验室主办。

　　以上为演讲嘉宾美国阿贡国家实验室单克瑞博士(Michael M. Thackeray)做演讲。

　　以下为单克瑞演讲实录：

　　単克瑞：早上好！很荣幸来到这里，非常感谢大会的组织者！感谢薛博士和所有的组织者，还有美国阿贡国家实验室我的同事们！

　　各位都知道锂电池在所有的电池重量比能量和体积比能量来看，锂离子电池系统是一个非常多才多艺的系统，这是对锂电进行一个简单的介绍(PPT)，从1991年锂电商业化以来，锂电系统的能量非常大，因为它有4伏的电压，因为能量比较大，所以它总是不安全，目前安全性是靠电子的线路保护板来解决，但是解决和化学的部分特别是电解液的可能性，这就要求我们在科技方面去寻找和研究其他的电解材料和电解液，我们都知道最近锂电的一些安全事故越来越多地报道出来了，锂电不断出现的安全事故既是好消息又是一个坏消息，主要的材料的挑战是主要是正负极的材料，今天我主要讲一下金属氧化物的内容。

　　第一条就是要尽量避免正极材料释放氧或者是寻找石墨以外的负极材料，如果我们有一种负极材料的电压比锂电高在0.5—1v的话，我们都知道负极材料里面的金属合金这些是非常热闹的，最主要的是必须让电极表面在高低电极下都要稳定，从电解液角度是主要寻找一些新的电解液和添加剂。正极材料讲，我们主要是尽量少用钴和镍，这两种材料都比较贵的，主要的方向应该是寻找一个以锰为主的材料，磷酸铁锂之类的。锂电材料的过程是脱去锂的过程，锂离子电池化学里面的关键就是锂电材料的结构要稳定，我们需要找到一种材料在充满了锂和脱去锂以后都是稳定的。材料插入锂以后，材料的结构来说体积会增加，这样的体积变化我们希望它是各项同性的，不要是各项异性的。

　　动力电池类型我们需要结构的稳定，需要结构的高对称性。从晶体结构角度讲，立方晶系的比六方晶系的好一些，这是13种主要的正极材料，像钴酸锂之类的，由锰和镍来代替，还有LiMn2O4，然后是橄榄石类的橄榄石型磷酸铁锂类。这三种材料都是受容量所限制的，像钴酸锂只能拿出来一部分的锂，尖晶石型的锰酸锂倍率性能很好，磷酸铁锂类的磷酸跟锂的结构锂和铁的比例是一比一，所以它的结构很稳定，这是一个非常稳定的结构，而且可以做成纳米级的。

　　负极首先是石墨类的，活性非常大，特别是SI模式是必须的，碳酸锂跟锂电位相比是1.5伏电压，跟锰酸锂对比是倍率性能非常好的。负极材料目前主要是寻找金属和一些金属合金类的，这类合金主要是考虑插锂和体积因素的影响比较大。

　　我们可以做更安全的锂电，只要是尖晶石型的碳酸锂和锰酸锂配对，以后的电压应该是2.5V左右！这样的话碳酸锂和锰酸锂的配对倍率性很好，可以考虑在ATEV上实验。这是一些碳酸锂和锰酸锂配对的我们以前发表的一些结果，这样的一个电池系统它的倍率性非常好，右边是一个放电的曲线图，50C的情况下容量没有任何的削减。

　　碳酸锂和锰酸锂尖晶石型的配对结果和石墨类的比较，6C的情况下锰酸锂和碳酸锂配对的电池型号的稳定性比锰酸锂和石墨类的适合稳定性要好得多。

　　接下来讲一下高容量和安全电极的结构，还有高电压电池的一些设计。(见PPT)

　　接下来讲一下组合电极材料，主要是我们电化活性的没有电化活性的Li2MnO3这样的一个材料，因为有这样的一个Li2MnO3组合以后，锰的含量相对增加，Li2MnO3因为含有四价的锰，所以结构相对稳定，而且没有活性。我们利用这样的一个结构去跟承接金属锰酸锂类型的。这是Li2MnO3的一个详图(PPT)，我们有33%的Li2MnO3的话，我们的电压设到4.5V的时候，因为有Li2MnO3的话我们可以来缓冲锰的架态，这个30%是Li2MnO3，70%的镍锰类的氧化物，这样一个组合材料的充电容量350毫安/克，放电量82.57%，看循环的稳定性。从结构的角度讲，Li2MnO3关键就是帮助解构里面提供更多的锂，大约10—15%需要这样的锂。这是一个30% Li2MnO3，70%是锂锰氧的材料的稳定性的数据(PPT)。

　　这是利用我们的组合材料做成容量较高的电池以后的一个循环结果，我们看一下这个差热的结果，组合材料是红色的，它的热量释放大约在650焦安/克，我们传统的材料大约有1000多焦安/克。

　　下面我讲一下氟化电极材料，把一些其他的材料氟化以后容量和稳定性都会得到改善，这样的一个工艺主要是利用一些酸性的氟化溶液，主要是浸泡组合的材料，这些溶液包括硫氟氯酸氨等等在锂溶液里面，这个结果就是氟化以后一个组合材料的循环结果，氟化溶液处理过材料的循环容量都显著地提高，氟化以后的组合材料的倍率性也改善。红的这个就是没有经过氟化处理的，上面那些都是经过不同的氟化工艺处理过的。(PPT)

　　合金的负极材料我可能不一定有时间讲了，我可能只有时间来回答一些问题了。