高载量磷酸铁锂正极有望显著提升电动汽车续航

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近期,一项电极技术的新进展有望缓解磷酸铁锂(LFP)电池续航里程偏短这一关键瓶颈。UNIST研究团队联合淑明女子大学和光州科学技术院(GIST),成功制备出活性材料负载显著提高的先进LFP正极,为进一步延长电动汽车续航提供了新的技术路径。

由UNIST能源与化学工程学院朴圭明教授领衔,淑明女子大学朱世勋教授和GIST李恩智教授参与的联合团队,开发出活性材料含量接近 99% 的LFP正极电极。通过极大压缩非活性成分比例,这一设计显著提升了电极的能量密度和功率输出,使LFP电池在快速增长的电动汽车市场中更具竞争力。

相关成果已发表在期刊《Energy Storage Materials》上。

LFP电池因安全性高、成本较低且更环保而被广泛关注,但其容量偏低、电导率不足,一直限制着其在高续航场景中的应用。传统电极配方中往往需要较多粘结剂和导电添加剂等非活性组分,从而挤占了本可用于储能的空间,降低了整体能量密度。

为解决这一问题,研究团队设计了一种新型多功能粘结剂体系,将电极中非活性材料的比例压缩至约 1%。该粘结剂由导电聚合物 PEDOT:PSS、聚乙二醇(PEG)以及单壁碳纳米管(SWCNTs)协同构成,兼具粘结、导电和结构增强等多重功能。PEG有助于导电聚合物链更有序排列并提升粘附性能,而SWCNTs则在电极内部构建高效电子传输网络,从而在极低添加量下仍能维持优良导电性。

在导电添加剂用量较商业电极减少 90% 以上的前提下,新型LFP正极依然展现出优异的电化学性能。在 8C 高倍率(约 7.5 分钟放电完成)条件下,其放电容量约为 132 mAh/g;与石墨负极配对组装成全电池后,容量约为 125 mAh/g,并可在 60°C 高温环境下保持稳定运行。该电极的面积容量超过 3.5 mAh/cm²,这一指标对于在有限电池体积内尽可能提升电动汽车续航里程尤为关键。

除了性能上的提升,新电极方案在环保和制造工艺方面也具备优势。传统粘结剂体系通常含有氟化合物,并依赖有毒有机溶剂,不仅增加生产成本,也带来环境与安全风险。此次提出的粘结剂体系摒弃了氟化粘结剂和有害溶剂,使电极制备过程更加安全、绿色,有助于推动电池产业向可持续方向发展。

研究团队表示,通过这一创新粘结剂配方,大幅提高了LFP电极中的活性材料比例,切实缓解了长期存在的容量受限问题,同时在工艺上避免使用有毒氟化粘结剂和溶剂,在性能提升与环境友好之间取得了平衡。


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