傳統(tǒng)鋰離子充電電池一般采用的是有機電解液，在有過度充電、內(nèi)部短路等異常情況時可能導(dǎo)致電解液發(fā)熱，有自燃甚至爆炸的危險。例如被稱為“夢想航機”的波音787在2013年接連發(fā)生電池故障，最后由于電池缺陷被迫全球停飛；近來三星公司因電池“爆炸門”事件，目前已在全球召回430萬臺手機，造成了重大經(jīng)濟損失。因此，研發(fā)安全、可靠的電池具有十分重要的意義。
鋰金屬聚合物電池因具有高能量密度、良好的熱穩(wěn)定性以及安全性能高等優(yōu)點，成為了研究的熱點。該類型電池以聚合物電解質(zhì)材料取代了傳統(tǒng)鋰離子電池中的液態(tài)電解液。由于聚合物材料具有柔韌性好、黏彈性好、易成膜、電化學(xué)及化學(xué)穩(wěn)定性好、鋰離子遷移數(shù)高等諸多優(yōu)點，其安全性可大幅提高。此外，鋰金屬聚合物電池以鋰金屬作為負(fù)極，其理論容量高達(dá)3680mAhg-1，然而電池整體的容量仍不高，主要受正極材料性能的限制。因此，研發(fā)性能優(yōu)良的正極材料可大幅度提高鋰金屬聚合物電池的容量。
V6O13具有八面體結(jié)構(gòu)，每一分子V6O13可以容納8個鋰離子，從而表現(xiàn)出高達(dá)417mAhg-1和900Whkg-1的理論比能量。因為具有較高的理論容量以及良好的電子傳導(dǎo)能力，V6O13已經(jīng)被廣泛作為電池正極材料進(jìn)行研究。但是，在制備過程中，由于釩具有混合價態(tài)（V2+,V3+,V4+,V5+），導(dǎo)致該材料的可控制備存在較大挑戰(zhàn)。
近日，中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員梁漢璞帶領(lǐng)的能源材料與納米催化團隊利用熱重-紅外聯(lián)用技術(shù)，成功大規(guī)模可控地制備出高純度的V6O13無鋰正極材料。該技術(shù)成功地證明了商用V6O13正極材料中含有雜質(zhì)，這些殘留物會影響其電化學(xué)性能。將制備得到的V6O13作為正極材料的鋰金屬聚合物電池在125℃高溫下進(jìn)行充放電實驗，實驗結(jié)果證明，大規(guī)模制備得到的高純度V6O13在初次放電過程中，比商業(yè)化的V6O13的放電容量提高將近10%，很好地闡述了V6O13的純度與其電化學(xué)性能之間的構(gòu)效關(guān)系。此外，該電池的高溫測試結(jié)果證明其可作為油氣井井下電源應(yīng)用在油氣田測井工具上。相關(guān)成果發(fā)表在《ACS應(yīng)用材料和界面》（ACSAppliedMaterials&Interfaces,2016,8,25674-25679）上。
上述研究獲得了中科院“百人計劃”資金支持。
NH4VO3的紅外3D圖
商業(yè)化的V6O13的紅外3D圖
大規(guī)模制備的V6O13的紅外3D圖
商業(yè)化（左）和大規(guī)模制備（右）的V6O13放電曲線
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