11月28日，東芝電子元件及存儲(chǔ)裝置株式會(huì)社（Toshiba，東芝）宣布開發(fā)出新型鋰離子電池，采用無鈷5V級(jí)高電位陰極材料，可顯著抑制副反應(yīng)產(chǎn)生的性能下降氣體。該電池可用于電動(dòng)工具和電動(dòng)汽車等廣泛應(yīng)用。

圖片來源：東芝

鈷和鎳被廣泛用于穩(wěn)定鋰離子電池的陰極。然而，鈷屬于稀有金屬，在成本穩(wěn)定性和供應(yīng)鏈可靠性方面存在潛在問題。東芝的新型鋰離子電池陰極不含鈷，鎳含量也較少，因此是成本和資源節(jié)約方面的卓越解決方案。

在鋰離子電池中使用5V級(jí)高電位陰極將提高電池電壓和功率性能，但其發(fā)展受到一個(gè)實(shí)際問題的阻礙：副反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)分解，并產(chǎn)生導(dǎo)致電池性能下降的氣體。東芝的新型陰極與傳統(tǒng)的高電導(dǎo)率電解質(zhì)集合使用時(shí)可顯著抑制該氣體的產(chǎn)生。

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東芝已經(jīng)開發(fā)出鋰離子電池軟包原型，該電池將新型陰極與鈮鈦氧化物（NTO）陽極相結(jié)合（圖1）。測試中，該電池表現(xiàn)出超過3V的高電壓、5分鐘快速充電至80%的容量、高功率性能以及優(yōu)異的壽命特性，即使在60°C的溫度下也能保持上述性能。該電池的目標(biāo)應(yīng)用范圍包括電動(dòng)工具、需要小型電池組高電壓的工業(yè)應(yīng)用，以及電動(dòng)汽車。

在鋰離子電池的主要市場之一的汽車行業(yè)，人們正在努力提高電池組電壓，以縮短充電時(shí)間，從而提高包括電機(jī)和逆變器在內(nèi)的車載電子設(shè)備的效率，并增加電池輸出。更高電壓的電池將減少電池模塊所需的電池堆數(shù)量并降低成本。

鎳錳氧化物（LNMO）是一種尖晶石型金屬氧化物，可實(shí)現(xiàn)無鈷、低鎳含量的高電位陰極，被視為未來鋰離子電池陰極的有力候選者。然而，LNMO的高工作電位會(huì)氧化電池電解液，將其分解成氣體，從而導(dǎo)致電池顯著膨脹并縮短使用壽命。有許多研究試圖通過增加電解質(zhì)濃度以及使用氟化溶劑和離子液體來提高電解質(zhì)的抗氧化性，但這種方法需要在抑制氣體產(chǎn)生和鋰離子電導(dǎo)率之間進(jìn)行權(quán)衡。 實(shí)際應(yīng)用面臨許多成本和性能問題。

東芝的研究發(fā)現(xiàn)，電解質(zhì)在高電位陰極表面分解并產(chǎn)生氣體，并且陰極材料的金屬成分溶解并沉積在陽極表面。該公司利用這些發(fā)現(xiàn)開發(fā)新技術(shù)，可以修改陰極顆粒的表面，有效抑制與電解質(zhì)的反應(yīng)。東芝還開發(fā)出使陽極表面轉(zhuǎn)移的離子失活的技術(shù)。兩種技術(shù)相結(jié)合起來，東芝成功地抑制了氣體的產(chǎn)生，即使使用傳統(tǒng)的高電導(dǎo)率電解質(zhì)也是如此。

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東芝使用帶有NTO陽極的1.5Ah級(jí)軟包電池原型評(píng)估了這項(xiàng)新技術(shù)。電池測試發(fā)現(xiàn)，該電池具有3V或更高的高電壓，在5分鐘內(nèi)可快速充電至80%容量，且在超過6000次充/放電循環(huán)后仍能保持初始容量80%或以上，即使在高溫下也具有出色的壽命特性60°C。

在考慮新型電池的潛在應(yīng)用時(shí)，東芝首先考慮將其用于電動(dòng)工具、工業(yè)設(shè)備以及其他需要小尺寸和高電壓的應(yīng)用。除此之外，東芝還計(jì)劃為車載應(yīng)用開發(fā)更大的模塊。