新的三层结构增加能量密度的锂电池

鸳鸯，材料科学与工程在哥伦比亚大学工程助理教授已发展一种新的方法来增加能量密度的锂 （锂离子） 电池。他建立了一个稳定甚至在周围的空气，使电池再持久和更加便宜制造的 trilayer 结构。工作，还可提高 10-30%的能量密度的锂电池，是在线发表在纳米快报 （”周围的空气稳定锂化阳极的可充电锂离子电池具有高能量密度”）。

石墨/聚甲基丙烯酸甲酯/李 trilayer 电极之前 （左） 和之后 （右） 被电池电解液中浸泡 24 小时。前浸泡在电解液中，trilayer 电极是在空气中稳定。经过浸泡，锂与石墨反应和颜色金黄。(图像︰ 鸳鸯，哥伦比亚大学工程)

“当锂电池充电第一次时，他们失去任何地方从 5-20%的能源，在那个第一次的周期，”杨说。”通过我们的设计，我们已经能够重新获得这种损失，而我们认为我们的方法具有巨大的潜力，增加电池的便携式电子产品和电气车辆的运行时间。

在第一次充电后其生产的锂电池，部分液态电解质是降到固相，涂在电池的负电极。

这个过程中，通常做之前电池都运到一家工厂，是不可逆的并降低了电池中储存的能量。损失是先进的负极材料，大约 10%，但最高可达 20-30%的下一代负电极作为高容量，如硅，因为这些材料具有大体积膨胀和高比表面积。

初步损失了大量减少了可实现能力在完整的单元格，因此妥协的能量密度和循环寿命的这些纳米电极的增益。

这是插图显示要制造 trilayer 电极的过程。聚甲基丙烯酸甲酯用于保护锂，使 trilayer 电极周围空气中稳定。聚甲基丙烯酸甲酯被溶解与弥补损失减少电解质的锂电池电解质及石墨联络。(图像︰ 鸳鸯，哥伦比亚大学工程)

传统的方法弥补这一损失已把某些富锂材料在电极中。然而，这些材料大多不稳定环境空气中。制造电池在干燥的空气，根本没有水分，是一个更昂贵的过程比制造环境空气中。

杨文光制造锂化电池阳极环境空气中的一种新的 trilayer 电极结构。在这些电极，他保护锂聚合物 PMMA，防止锂反应与空气和水分，一层，然后涂这种活性物质作为人造石墨或硅纳米颗粒与聚甲基丙烯酸甲酯。Pmma 的包覆层然后被溶化在电池的电解质，从而揭露锂对电极材料。

“这种方式我们得以避免接触任何不稳定的锂和锂化电极之间的空气，”杨文光指出，”所以 trilayer 结构电极可以操作环境空气中。这可能是大批量生产的锂化电池电极的吸引力进展”。

杨的方法降低损失能力在先进的石墨电极从 8%至 0.3%，和硅电极，从 13%至 15%。-15%的数字表明有了更多的锂比需要和”额外的”锂可用于进一步提高循环寿命的电池，如过量可以补偿容量损失在以后的周期。因为能量密度或锂离子电池的容量，有不断提升 5-7%过去 25 年，每年，杨的结果指向一个可能的解决方案，以提高锂离子电池的能力。

他的小组现在正以减少聚合物涂层，因此，它将占用更小的容量锂电池，厚度，放大他的技术。

“这三层电极结构确实是一个聪明的设计，使处理含锂金属电极在环境条件下”注意到海亮王，助理教授，耶鲁大学化学的人并没有参与这项研究。”电极首次库仑效率是个大问题为锂离子电池产业，和不可逆李离子损失的补偿这有效和易于使用的技术将会吸引兴趣”。