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一号锂电池评价(钛酸锂电池的缺点)纳米不需要纳米，但是锂电极是微米的。

虽然近年来能源领域发展迅速，相关期刊的影响因子也在上升，但业界一直在抱怨电池跟不上电子设备的发展。锂离子电池是目前行业内占主导地位的充电电池，几乎所有的电动车和手机都在使用。锂离子电池最重要的性能指标有两个，能量密度和倍率性能。简单来说，能量密度决定了电池能容纳多少能量，而倍率性能决定了充放电速度。商用锂离子电池的现状有些尴尬：容量不够，智能手机天天充电是常事；充电速度是个大问题。即使是电动汽车和智能手机的超快充电，所需时间也是以小时计算的。而且放电也不能太猛，否则电池会“老化”过快，甚至出现安全问题。

如何提高锂离子电池的性能？科学家们想出了各种改进方法，例如使用纳米材料作为电极，增加比表面积，改善其内部结构和锂离子扩散速率，从而提高电极材料的倍率性能。但目前工业锂离子电池的电极材料一般都是微米级的。一方面，纳米颗粒难以紧密结合在一起，会降低电极的压实密度，限制电池的体积能量密度；另一方面，纳米颗粒可能会与电解质发生不必要的化学反应，从而降低其使用寿命。当然，纳米材料也会大大提高电池的成本。

电池的不同体积比容量和质量比容量。图片来自* * *。

与电极材料“纳米化”的趋势不同，英国剑桥大学Clare P. Grey(点击查看简介)研究组最近提出，微米级材料也可以实现锂离子电池的高倍率性能。只要材料具有合适的晶格，纳米尺寸、比表面积和孔隙率都不是影响电极倍率性能的核心因素。研究人员没有想象力。实际上，他们已经制备了铌钨氧化物块体材料，其粒径在3-10微米之间，但锂离子扩散系数比传统电极材料(Li4Ti5O12和LiMn2O4)高几个数量级，有效提高了倍率性能，容量和储锂性能甚至优于纳米材料。这篇文章发表在《自然》杂志上。

氧化铌与其他电极材料的比容量和比能量比较。图片来源：自然

研究人员通过将NbO2和WO2氧化物加热到1200并退火的固相合成法制备了单斜Nb16W5O55和四方“钨青铜型”Nb18W16O93。氧化铌与锂反应的平均电压为1.57 V，接近Li4Ti5O12的1.55 V平均电压。其中，Nb16W5O55材料在C/5电流密度下的比容量约为225 mahg-1，在20C电流密度下仍能保持在148 mahg-1(相当于完全放电3分钟)。750次循环后，容量保持在95%以上。另一种材料Nb18W16O93略次于Nb16W5O55，但也有不错的比容量和循环性能。

电化学性能和循环性能测试。图片来源：自然

为什么微米级的材料能取得优异的倍率性能？Clare教授的研究团队利用其在固态核磁共振方面的优势，通过脉冲梯度场核磁共振(PFG核磁共振)直接测量锂离子扩散系数。以前主要用于液体或固体电解质的研究。测试结果表明，Nb16W5O55和Nb18W16O93在室温下的锂离子扩散系数比经典的Li4Ti5O12和LiMn2O4(10-15~10-16)高3~4个数量级。

锂离子扩散系数。图片来源：自然

这种微米级材料不仅具有在几分钟内快速嵌锂和脱锂的性能，还具有多电子氧化还原过程、体积膨胀和缓冲、成本低等诸多优点。这超过了许多现有的经典电极材料。因此，肯特格里菲斯在其中一篇文章中说，“我们惊讶地发现，锂离子在

“除了锂离子传输速率高之外，氧化铌钨也易于制造。至少不像许多纳米粒子需要多个步骤才能合成，”格里菲斯说。“这项研究是全新的，因为这种物质结构并不常见，任何领域的研究都很少”。[1]当然，氧化铌钨也有一些问题，比如电池电压低。然而，这种材料的出现打破了通过构建纳米电极材料来优化电池离子扩散速率和电性能的常规思路，为制备高性能电池提供了新的策略。

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