青島能源所在大規(guī)模制備無鋰正極材料中取得進(jìn)展

　　傳統(tǒng)鋰離子充電電池一般采用的是有機(jī)電解液，在有過度充電、內(nèi)部短路等異常情況時(shí)可能導(dǎo)致電解液發(fā)熱，有自燃甚至爆炸的危險(xiǎn)。例如被稱為“夢想航機(jī)”的波音787 在2013年接連發(fā)生電池故障，最后由于電池缺陷被迫全球停飛；近來三星公司因電池“爆炸門”事件，目前已在全球召回430萬臺手機(jī)，造成了重大經(jīng)濟(jì)損失。因此，研發(fā)安全、可靠的電池具有十分重要的意義。

　　鋰金屬聚合物電池因具有高能量密度、良好的熱穩(wěn)定性以及安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，成為了研究的熱點(diǎn)。該類型電池以聚合物電解質(zhì)材料取代了傳統(tǒng)鋰離子電池中的液態(tài)電解液。由于聚合物材料具有柔韌性好、黏彈性好、易成膜、電化學(xué)及化學(xué)穩(wěn)定性好、鋰離子遷移數(shù)高等諸多優(yōu)點(diǎn)，其安全性可大幅提高。此外，鋰金屬聚合物電池以鋰金屬作為負(fù)極，其理論容量高達(dá)3680 mAh g-1， 然而電池整體的容量仍不高，主要受正極材料性能的限制。因此，研發(fā)性能優(yōu)良的正極材料可大幅度提高鋰金屬聚合物電池的容量。

　　V6O13具有八面體結(jié)構(gòu)，每一分子V6O13可以容納8個(gè)鋰離子，從而表現(xiàn)出高達(dá)417 mAh g-1和900 Wh kg-1的理論比能量。因?yàn)榫哂休^高的理論容量以及良好的電子傳導(dǎo)能力，V6O13已經(jīng)被廣泛作為電池正極材料進(jìn)行研究。但是，在制備過程中，由于釩具有混合價(jià)態(tài)（V2+,V3+,V4+,V5+），導(dǎo)致該材料的可控制備存在較大挑戰(zhàn)。

　　近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員梁漢璞帶領(lǐng)的能源材料與納米催化團(tuán)隊(duì)利用熱重-紅外聯(lián)用技術(shù)，成功大規(guī)?？煽氐刂苽涑龈呒兌鹊腣6O13無鋰正極材料。該技術(shù)成功地證明了商用V6O13正極材料中含有雜質(zhì)，這些殘留物會影響其電化學(xué)性能。將制備得到的V6O13作為正極材料的鋰金屬聚合物電池在125℃高溫下進(jìn)行充放電實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，大規(guī)模制備得到的高純度V6O13在初次放電過程中，比商業(yè)化的V6O13的放電容量提高將近10%，很好地闡述了V6O13的純度與其電化學(xué)性能之間的構(gòu)效關(guān)系。此外，該電池的高溫測試結(jié)果證明其可作為油氣井井下電源應(yīng)用在油氣田測井工具上。相關(guān)成果發(fā)表在《ACS應(yīng)用材料和界面》（ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, 8, 25674-25679）上。

　　上述研究獲得了中科院“百人計(jì)劃”資金支持。

　　NH₄VO₃的紅外3D圖

　　商業(yè)化的V₆O₁₃的紅外3D圖

大規(guī)模制備的V₆O₁₃的紅外3D圖

商業(yè)化（左）和大規(guī)模制備（右）的V₆O₁₃放電曲線