历史悠久的合作伙伴关系彻底改变了阿贡的电池研究

世界各地的研究人员都在寻找便宜，更好的锂离子电池材料来为电动汽车等大型机器提供动力。他们的目标之一是寻找一种替代钴金属的锂金属氧化物电极，钴是手机和笔记本电脑电池中常见的元素，但价格太昂贵且容量不足，无法推动电动汽车长距离行驶。

几十年来，美国能源部(DOE)阿尔贡国家实验室的研究人员一直致力于发现性能和甚至优于我们今天使用的电池材料。他们正在研究的材料中是富含锰的化合物，因为锰既丰富又便宜。锂锰氧化物在热方面也更安全，但能量密度不及其对应的钴。

自1980年代初以来，阿尔贡(Argonne)名誉研究员迈克尔·沙克雷(Michael Thackeray)所做的工作就对实验室对富锰材料的研究产生了影响。Thackeray于1981年至1982年在牛津大学担任博士后，与电池科学家John Goodenough一起工作。JohnGoodenough是获得诺贝尔奖的现代锂钴氧化物电池建筑师之一。

Goodenough和Thackeray一起工作，发现了一种具有“尖晶石型”结构的锂锰氧化物电极，该电极比流行的锂钴酸锂分层结构更便宜，更安全，但Goodenough电极的性能较差。尖晶石中的材料以立方，紧密堆积的3-D结构排列。尖晶石电极具有3-D通道以快速容纳锂，因此可以提供高功率，从而使其在其他锂离子电池采用的2-D分层和1-D隧道电极结构上独树一帜。

Goodenough和Thackeray的尖晶石研究(Thackeray于1993年加入Argonne时进行了扩展)使Argonne的电池计划发展到今天。在最近发表的《先进能源材料》杂志上，Thackeray讨论了他们对锰基锂金属氧化物的结构和组成的研究如何发展，并为当今正在进行的工作提供了信息。

在早期工作的基础上，Argonne研究人员开发了许多富含锰的材料，其中包括Thackeray共同发明的富含锂的镍-锰-钴(NMC)阴极。富锂NMC是一项突破性的阴极技术，与锂离子技术中的标准NMC成分相比，其性能和可靠性有了显着提高。Argonne的NMC技术已获得包括通用汽车在内的全球制造商的许可，通用汽车在其雪佛兰Volt和Bolt车型中采用了正极材料。

Thackeray和Goodenough的工作继续激发着Argonne正在进行的研究，研究人员正在将尖晶石型材料以纳米级的水平整合到阴极中，并且正在微调尖晶石的性能以在阴极中设计所需的性能。例如，已经确定了可以帮助稳定NMC阴极并帮助设计用于全固态锂离子电池和电池的阴极和电解质材料的不同尖晶石型材料。

阿尔贡大学的科学家Jason Croy及其同事正在加大NMC技术版本的开发力度，该技术可以使锂和锰含量比目前使用的版本更高，从而理想地提高了电池的能量密度和安全性，同时降低了成本。改进的技术可用于许可。

Croy说：“这项研究的最终目标是为锂离子电池制造一种结构稳定，富含锰的电极，它可以为您提供长时间的能量。” “希望是，通过将尖晶石与新材料结合在一起，我们将能够开发出经济上可行的选择，以生产富含钴和镍的材料。”

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