鋰電池遇上磁場，容量更上一層樓

材料牛注：鋰電池電極材料中負責輸運電荷的孔道在外加磁場下乖乖整齊“站隊”，使得電池容量得到極大提高。

麻省理工學院（MIT）的研究者利用外部磁場將電極材料中的電荷運輸孔道有序排列，制造出了區域容量比普通電極材料高3倍的電極材料，使得鋰離子電池更符合電動汽車的需求。研究表明，在正常的倍率充放電實驗中，利用該方法所制造的電池的區域容量為12 mAh/cm2，而普通電池僅為4 mAh/cm2。

一方面，研究人員試圖利用外加磁場使材料具有各向異性，即沿不同方向材料的物理性質不同，正如木材年輪方向的強度大于垂直于年輪方向的強度。孔道在外加磁場下沿著電荷輸運方向排列，增加了孔道密度，從而提高了電荷輸運效率。較厚的電極材料雖然儲存容量大，但由于電荷運輸效率低，一直以來應用受限，利用該方法可以有效改善。然而，目前還未設計出有各向異性材料的鋰離子電池。

另一方面，研究人員嘗試降低電極材料的彎曲度。這意味著要減少孔道的彎曲和扭轉。彎曲度的降低可以提高材料的導電性，這一點對于提高厚電極材料的性能同樣大有裨益。

為了獲得這些性能，MIT的團隊將磁性材料分散在電極顆粒懸浮液中，在外加磁場的作用下，磁性粒子在不同方向上有序排列。當這些粒子位置固定以后，溶劑相揮發，磁性粒子失去磁性“光榮犧牲”，留下固體電極。實驗檢測了兩種磁性材料，它們均能使電極材料內部的孔道有序排列。

用這種方法制備的LiCoO2電極性能優異，與傳統恒流放電的鋰離子電池相比，不但使容量增加到原來的三倍，而且更加符合電動汽車的驅動循環特性。這一研究成果最近在Nature Energy上進行了報道。

利用外部磁場排列電極材料中的孔道的方法具有速度快、作用面積大的優點。MIT的研究小組認為，該研究可以為低成本、高能量密度的厚電極電池的生產提供參考。

參考原文鏈接：Magnetic Field Makes a Better Lithium-Ion Battery for Electric Vehicles

文獻鏈接：High-performance battery electrodes via magnetic templating

本文由編輯部曾慶輝提供素材，朱曉秀，王思迪編譯，點我加入材料人編輯部。