歷史悠久的合作伙伴關系徹底改變了阿貢的電池研究

世界各地的研究人員都在尋找便宜，更好的鋰離子電池材料來為電動汽車等大型機器提供動力。他們的目標之一是尋找一種替代鈷金屬的鋰金屬氧化物電極，鈷是手機和筆記本電腦電池中常見的元素，但價格太昂貴且容量不足，無法推動電動汽車長距離行駛。

幾十年來，美國能源部(DOE)阿爾貢國家實驗室的研究人員一直致力于發現性能和甚至優于我們今天使用的電池材料。他們正在研究的材料中是富含錳的化合物，因為錳既豐富又便宜。鋰錳氧化物在熱方面也更安全，但能量密度不及其對應的鈷。

自1980年代初以來，阿爾貢(Argonne)名譽研究員邁克爾·沙克雷(Michael Thackeray)所做的工作就對實驗室對富錳材料的研究產生了影響。Thackeray于1981年至1982年在牛津大學擔任博士后，與電池科學家John Goodenough一起工作。JohnGoodenough是獲得諾貝爾獎的現代鋰鈷氧化物電池建筑師之一。

Goodenough和Thackeray一起工作，發現了一種具有“尖晶石型”結構的鋰錳氧化物電極，該電極比流行的鋰鈷酸鋰分層結構更便宜，更安全，但Goodenough電極的性能較差。尖晶石中的材料以立方，緊密堆積的3-D結構排列。尖晶石電極具有3-D通道以快速容納鋰，因此可以提供高功率，從而使其在其他鋰離子電池采用的2-D分層和1-D隧道電極結構上獨樹一幟。

Goodenough和Thackeray的尖晶石研究(Thackeray于1993年加入Argonne時進行了擴展)使Argonne的電池計劃發展到今天。在最近發表的《先進能源材料》雜志上，Thackeray討論了他們對錳基鋰金屬氧化物的結構和組成的研究如何發展，并為當今正在進行的工作提供了信息。

在早期工作的基礎上，Argonne研究人員開發了許多富含錳的材料，其中包括Thackeray共同發明的富含鋰的鎳-錳-鈷(NMC)陰極。富鋰NMC是一項突破性的陰極技術，與鋰離子技術中的標準NMC成分相比，其性能和可靠性有了顯著提高。Argonne的NMC技術已獲得包括通用汽車在內的全球制造商的許可，通用汽車在其雪佛蘭Volt和Bolt車型中采用了正極材料。

Thackeray和Goodenough的工作繼續激發著Argonne正在進行的研究，研究人員正在將尖晶石型材料以納米級的水平整合到陰極中，并且正在微調尖晶石的性能以在陰極中設計所需的性能。例如，已經確定了可以幫助穩定NMC陰極并幫助設計用于全固態鋰離子電池和電池的陰極和電解質材料的不同尖晶石型材料。

阿爾貢大學的科學家Jason Croy及其同事正在加大NMC技術版本的開發力度，該技術可以使鋰和錳含量比目前使用的版本更高，從而理想地提高了電池的能量密度和安全性，同時降低了成本。改進的技術可用于許可。

Croy說：“這項研究的最終目標是為鋰離子電池制造一種結構穩定，富含錳的電極，它可以為您提供長時間的能量。” “希望是，通過將尖晶石與新材料結合在一起，我們將能夠開發出經濟上可行的選擇，以生產富含鈷和鎳的材料。”