东芝开发出新型无钴5V级高电位阴极锂离子电池

盖世汽车讯 11月28日，东芝电子元件及存储装置株式会社（Toshiba，东芝）宣布开发出新型锂离子电池，采用无钴5V级高电位阴极材料，可显著抑制副反应产生的性能下降气体。该电池可用于电动工具和电动汽车等广泛应用。

图片来源：东芝

钴和镍被广泛用于稳定锂离子电池的阴极。然而，钴属于稀有金属，在成本稳定性和供应链可靠性方面存在潜在问题。东芝的新型锂离子电池阴极不含钴，镍含量也较少，因此是成本和资源节约方面的卓越解决方案。

在锂离子电池中使用5V级高电位阴极将提高电池电压和功率性能，但其发展受到一个实际问题的阻碍：副反应会导致电解质分解，并产生导致电池性能下降的气体。东芝的新型阴极与传统的高电导率电解质集合使用时可显著抑制该气体的产生。

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东芝已经开发出锂离子电池软包原型，该电池将新型阴极与铌钛氧化物（NTO）阳极相结合（图1）。测试中，该电池表现出超过3V的高电压、5分钟快速充电至80%的容量、高功率性能以及优异的寿命特性，即使在60°C的温度下也能保持上述性能。该电池的目标应用范围包括电动工具、需要小型电池组高电压的工业应用，以及电动汽车。

在锂离子电池的主要市场之一的汽车行业，人们正在努力提高电池组电压，以缩短充电时间，从而提高包括电机和逆变器在内的车载电子设备的效率，并增加电池输出。更高电压的电池将减少电池模块所需的电池堆数量并降低成本。

镍锰氧化物（LNMO）是一种尖晶石型金属氧化物，可实现无钴、低镍含量的高电位阴极，被视为未来锂离子电池阴极的有力候选者。然而，LNMO的高工作电位会氧化电池电解液，将其分解成气体，从而导致电池显著膨胀并缩短使用寿命。有许多研究试图通过增加电解质浓度以及使用氟化溶剂和离子液体来提高电解质的抗氧化性，但这种方法需要在抑制气体产生和锂离子电导率之间进行权衡。 实际应用面临许多成本和性能问题。

东芝的研究发现，电解质在高电位阴极表面分解并产生气体，并且阴极材料的金属成分溶解并沉积在阳极表面。该公司利用这些发现开发新技术，可以修改阴极颗粒的表面，有效抑制与电解质的反应。东芝还开发出使阳极表面转移的离子失活的技术。两种技术相结合起来，东芝成功地抑制了气体的产生，即使使用传统的高电导率电解质也是如此。

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东芝使用带有NTO阳极的1.5Ah级软包电池原型评估了这项新技术。电池测试发现，该电池具有3V或更高的高电压，在5分钟内可快速充电至80%容量，且在超过6000次充/放电循环后仍能保持初始容量80%或以上，即使在高温下也具有出色的寿命特性60°C。

在考虑新型电池的潜在应用时，东芝首先考虑将其用于电动工具、工业设备以及其他需要小尺寸和高电压的应用。除此之外，东芝还计划为车载应用开发更大的模块。