¿Cuál es el mejor equipo de investigación y dirección de investigación de baterías de litio del mundo?

La tecnología de la batería en el desarrollo de la sociedad, la energía limpia y sostenible juega un papel importante. En comparación con las baterías tradicionales de Ni-Mh, las baterías de plomo-ácido, las baterías de iones de litio con alta densidad de energía, sin efecto memoria, baja contaminación ambiental, etc.son ampliamente utilizadas en el campo del almacenamiento y conversión de energía.Ahora, como las baterías de iones de litio alimentan la batería en vehículos eléctricos, como Tesla, BYD, tiene una gran participación de mercado, se espera que la batería de iones de litio mundial 2020 el tamaño del mercado llegar a 450 mil millones de yuanes.

batería de iones de litio desarrollada por primera vez por SONY de Japón en 1990 Materiales tradicionales de ánodo de batería de iones de litio para ácido de cobalto de litio (LiCoO2), para materiales de ánodo de grafito (C), ésteres como electrolito de baterías recargables La reacción del electrodo de la batería es la siguiente :

Sin embargo, el almacenamiento específico de los materiales de litio con ácido cobalto real es de solo 150 mAh / g, con una baja densidad de energía de la capacidad de la batería de iones de litio que limita el monómero, solo alrededor de 150 wh / kg. Se considera el uso de baja densidad de energía de la batería de iones de litio como la batería de energía del kilometraje del automóvil que hace que los automóviles eléctricos pudieran haber esperado. El último modelo de automóvil eléctrico de Tesla, por ejemplo, el paquete de batería consta de más de 7000 baterías de iones de litio de sección 18650, pesa una tonelada. automóvil, reduzca el kilometraje del automóvil, después de un rango de carga completo de aproximadamente 400 kilómetros. Por lo tanto, el desarrollo de una batería de iones de litio de alta densidad de energía es particularmente importante.

En la actualidad, el estudio de la batería de iones de litio de alta densidad energética ha sido desde el principio hasta el desarrollo sustancial.Los materiales positivos de las principales áreas de investigación se centraron en la batería, el material del cátodo.En los aspectos positivos de la investigación principal, el litio rico Materiales de ánodo de batería de material de ánodo de níquel con alto contenido de azufre y material de ánodo.En el aspecto de la investigación del cátodo se concentra principalmente en el ánodo de estaño, ánodo de silicio y ánodo de metal de litio.En la actualidad hay muchos equipos dedicados al estudio del electrolito sólido , principalmente para resolver el problema del peligro oculto de seguridad inflamable de electrolito líquido.Además de la investigación del ánodo de metal de litio, la introducción y el uso de electrolito sólido puede inhibir el crecimiento de dendrita de litio.En este documento, se combina con partes de la batería de litio superior del mundo equipo para hacer una introducción simple y elabora la dirección de investigación caliente de la industria.

JohnB．Goodenough

Dr. Goodenough, profesor de la Universidad de Chicago en 1952, actualmente en el Departamento de Ingeniería Mecánica de los Estados Unidos, la Universidad de Texas en Austin, Texas. El profesor de Goodenough es un físico famoso, sólido de la academia nacional de ciencias, la academia de Ingeniería, la sociedad real para académicos extranjeros.Él es el ácido de cobalto, litio, ácido de manganeso, litio y litio, fosfato de hierro, material de cátodo de batería de iones de litio del inventor, también es uno de los fundadores de la base científica, las baterías de iones de litio se conocen como el "padre" de la industria de la electricidad de litio. El profesor Goodenough publicó más de 700 artículos de revistas, artículos publicados citados más de 46500 veces.

En los últimos años, el profesor Goodenough continúa con un profundo amor por las baterías de iones de litio, las baterías de iones de sodio, la investigación intensiva y, al mismo tiempo, también tendrá un campo de investigación propio para expandirse en el estudio del electrolito sólido de las baterías de iones de litio. Artículos de investigación sobre electrolitos sólidos publicados en Journal of American chemistry Society (10.1021 / jacs.8 b03106). El profesor de Goodough piensa que el electrolito sólido granate tiene una conductividad muy alta a temperatura ambiente, es adecuado para el electrolito sólido de la batería de litio utilizando el material ideal. El estudio utilizó una nueva estrategia para mejorar la interfaz de granate LLTO (Li7La3Zr2O12), que reduce significativamente el litio y la impedancia de la interfaz de granate, inhibe la formación de dendrita, reduciendo así el ensamblaje de Li / use Garnet / LiFePO4 y Li - S baterías de estado sólido del potencial eléctrico, mejoran la eficiencia del culombio y la estabilidad del ciclo, tienen una amplia perspectiva de aplicación. Si el problema del electrolito sólido, la batería de litio y la dendrita de la batería de litio se resolverá, el uso de litio de alta capacidad como negativo tendrá un gran desarrollo y aplicación en el futuro.

Figura a, granate LLZT y LLZT - C electrolito de estado sólido de una batería de litio (10.1021 / jacs.8 b03106)

PeterG．Bruce

El profesor Bruce es profesor de Oxford, departamento de gran material. La Real Academia de Ciencias, la Academia de Ingeniería, la Real Sociedad de Académicos Extranjeros, publicó más de 400 artículos de revistas, artículos de referencia acumulativos publicados más de 55100 veces, factor H de 97.

La dirección de investigación del equipo del profesor Bruce se centró en baterías de aire de litio, baterías de iones de litio, como la dirección de la batería de iones de sodio.En términos de material de cátodo de batería de iones de litio, la investigación del profesor Bruce involucra principalmente LINixMn1 - xO2, xLi2MnO3? (1 -) x y LiMO2 Li2FeSiO4 investigación y desarrollo de materiales de ánodo de alta capacidad, y su investigación de mecanismos de reacción.

Recientemente, el profesor Bruce en material de cátodo de batería de iones de sodio hizo grandes avances en la investigación y publicó en Nature ZiKan. (NatureChem., 10,288, 2018-2018) el artículo informó un P2 Na2 / 3 [Mg0.28 Mn0.72] O2 en capas El material del cátodo de la batería de iones de sodio, tiene una capacidad de relación de casi 170 mAh / gy casi 2.Voltaje de descarga de 75 v. Y eso la estabilidad de la alta capacidad de la estructura del material y la reducción de la oxidación del oxígeno. de sodio para facilitar la formación de la estructura de la capa de oxidación de O2.Además de oxígeno en el proceso de carga y descarga es la reacción REDOX y la contribución a la capacidad adicional.Al mismo tiempo la introducción del magnesio 2 + e inhibe la pérdida de oxígeno El trabajo del material del cátodo de la batería de iones de litio del fenómeno de reducción de oxidación de oxígeno de sodio y electricidad y proporciona capacidad adicional proporciona una mayor comprensión, también proporciona los materiales de diseño de la str uctura y componente, inhiben la pérdida de oxígeno para implementar la nueva forma de material de ánodo de alta capacidad.

Figura 2, diagrama de la estructura del material P2 Na2 / 3 [Mg0.28 Mn0.72] O2 (NatureChem., 10,288, 2018-2018)

Clare P．Grey

Clare P. Gray se doctoró en la Universidad de Oxford en 1991, profesora de Química en la Universidad de Cambridge, ahora es miembro de la Royal Society, la Universidad Estatal de Nueva York en Stony Brook, profesora a tiempo parcial. más de 300 publicaciones internacionales publicadas en los artículos de la revista, artículos de referencia acumulativos publicados más de 23600 veces, factor H de 78. Actualmente, el profesor de Gray es Journal of American Chemical Society, Joule, cuentas de revistas de investigación química internacionales famosas como editores.

El principal trabajo de investigación del equipo del profesor Gray está en la siguiente dirección: tecnología de baterías de iones de litio, tecnología de baterías de iones de sodio, un nuevo tipo de baterías de aire de litio, baterías de iones de magnesio y campos de investigación con visión de futuro como el electrolito sólido. El gris en el material del cátodo de la batería de iones de litio combinado con las ventajas de sí mismo y la caracterización de la tecnología avanzada, en términos de caracterización y simulación del material, fue llevado a cabo por muchos estudios.

La figura 3 muestra a Gray, profesor en el estudio sobre la estructura del óxido de metal de transición de litio espinela de los últimos logros (Chem.Mater.2018,30,817? 829) .Basado en la investigación LiTIxMn2 - xO4 (0,2 x 1 o menos o menos.5) material, el uso de técnicas de caracterización de RMN, como la combinación de la teoría de los cálculos de DFT, para estudiar las influencias de LTMO TI dopado con diferente estructura.A través del estudio se encontró que la existencia de TI dopado hace que la estructura del material cambia con el cambio de contenido de TI En el X = 0.2, el Ti4 + y Mn3 + / 4 + LTMO muestran distribución aleatoria; En el X = 0.4 cuando son ricos en Ti4 + y Mn4 + rejilla no uniforme; En el x = 0.6 y 0.8 cuando se forma una solución sólida monofásica; mientras que en x = 1 presente Li - Mn2 + tetraedro y Li - Mn3 + / 4 + - configuración de octaedro Ti. Este trabajo consiste en estudiar los cambios estructurales en los otros materiales de los electrodos de la batería. base de referencia.

HIGO. 3, LiNi0.8 co0.15 al0. El Al de o2, Li, Ni, Co, mapa de distribución espacial de iones O (Chem.Mater.2018,30,817? 829).

El profesor yi cui recibió un doctorado en la Universidad de Harvard en 2002, actualmente es profesor en el departamento de ciencia e ingeniería de materiales de la universidad de Stanford. El profesor yi cui ha publicado más de 700 artículos en la revista internacional y en la parte superior de la publicación internacional. Nature and Science y su ZiKan publicaron un total de 88 artículos, los artículos publicados han citado más de 116300 veces, factor 160 H. Actualmente es el editor adjunto de revistas de renombre internacional Nanoletter, editores de revistas ACSappliedenergymaterial, etc.

La investigación del equipo del profesor yi cui se centra en el ánodo de silicio de la batería de iones de litio, obtiene muchos logros sobresalientes en el campo del ánodo de silicio.Al mismo tiempo, en los últimos años en términos de ánodo de metal de litio y las baterías de azufre de litio obtuvieron muchos logros excelentes. Especialmente en casi tres años en el estudio del ánodo de metal de litio se ha logrado un gran avance, y en Science, Nature Nanotechnology, Nature Energy y otras revistas internacionales importantes publicaron muchos artículos seguidos.

La Figura 4 muestra la investigación más reciente del profesor yi cui aleación de litio de silicio de gran tamaño: electrodo flexible de grafeno (Nature Nanotech., 12.993, 2017-999), el electrodo está compuesto de nanopartículas activas de aleación de silicio de litio y la capa de grafeno de gran tamaño recubierta uniformemente , tiene la buena estabilidad del aire.Esta estructura suprime eficazmente el efecto de expansión de volumen provocado por la aleación de silicio e inhibe el crecimiento de la dendrita de litio, hace que el electrodo exhiba una excelente estabilidad de ciclo y una densidad de energía de 500 WHKG - 1. Se espera que el desarrollo del ánodo de aleación de litio y silicio se combine con un cátodo de azufre de alta densidad energética de baterías de aleación de azufre y silicio de litio y una amplia gama de aplicaciones.

HIGO. 4, silicio, aleación de litio - rendimiento electroquímico de electrodo flexible de grafeno (NatureNanotech., 12.993, 2017-2017)

LindaF．Nazar

LindaNazar profesora en la Universidad de Toronto en 1984, Ph.D. Actualmente es profesora de química en la Universidad de Waterloo en Canadá, la científica nacional canadiense de la Real Academia de Ciencias de Canadá. La profesora Nazar ha publicado más de 300 artículos académicos sobre Revista de fama internacional, artículos publicados han citado más de 34600 veces, factor H de 89. Actualmente es la revista internacionalmente famosa Energy & EnvironmentScience, editores de revistas ACSCentralScience, etc.

Dirección de investigación de Nazar del profesor especializado en baterías de litio y baterías de aire de litio, ella es considerada como "la reina de las baterías de azufre de litio. En los últimos años, la dirección de investigación del equipo al mismo tiempo para expandirse a la protección de cátodos de litio y sólidos inorgánicos La Figura 5 muestra el reciente Nazar, profesor en la nueva estrategia de protección del ánodo de metal litio (Joule, 2017,1,871-886), el trabajo de agregar electrolito P2S5 en el metal litio generado in situ a nivel de micras, con un alta conductividad iónica, buena estabilidad, interfaz de electrolito sólido (SEI) .La formación del SEI encaja estrechamente en la superficie del metal de litio, en la tierra de la deposición recíproca de metal de litio en el proceso de extracción aún permanece estable, para realizar un ciclo largo Vida útil del ánodo de metal de litio.Además, el SEI generado entra en contacto cercano con los electrodos y frena la reacción adicional del metal de litio y el electrolito, inhibiendo la formación de dendrita en Al mismo tiempo Cuando se combina con el material del ánodo Li4Ti5O12, todas las baterías en el flujo eléctrico de 5 c para lograr la estabilidad del ciclo de más de cuatrocientas veces.

Figura 5, diagrama del proceso de formación de SEI, diagrama del proceso de transferencia de iones / electrones y concentración de iones, intensidad del campo eléctrico, curva de cambio de potencial eléctrico (Joule, 1.871 2017-2017).

resumen

Combinada con la perspectiva dinámica de investigación internacional actual, la investigación tradicional del material de la batería de iones de litio ha sido básicamente perfecta y ha realizado la industrialización. Los puntos calientes en la investigación del ánodo de silicio, el ánodo de estaño y otros materiales del ánodo son desde la infancia hasta la etapa de aplicación, la presente investigación papel también más atención en las cargas de material, ciclo de vida y viabilidad.La investigación de la batería de iones de litio se centra en el enfoque internacional actual en el ánodo de metal de litio y el desarrollo de electrolitos de estado sólido. El uso de electrolitos de estado sólido para resolver los problemas de otras baterías (como la seguridad de las baterías, polisulfuro disuelto en baterías de azufre de litio, etc.) será la dirección futura de la investigación y el desarrollo.Y también del negocio tradicional de cobalto de baterías de iones de litio ánodo de litio ácido y cátodo de grafito a tres yuanes positivos y carbono de silicio neg ativa, se espera que alcance 300 wh / kg la densidad de energía puede ser.Más tarde, con el desarrollo del ánodo de silicio, el ánodo de níquel con alto contenido de silicio y la batería de cátodo aparecerán gradualmente como aplicación y pueden realizar la densidad de energía de 400 wh / kg. en 2030, con la protección del litio y el rápido desarrollo de la tecnología de electrolitos sólidos, la vida útil de ciclo largo de las baterías de azufre de litio se introducirá en el mercado de la electricidad de litio y la densidad de energía de 500 wh / kg. cambiará significativamente el sistema de almacenamiento de energía actual y mejorará en gran medida la capacidad de almacenamiento de los dispositivos de almacenamiento de energía electroquímica.

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