锂电池遇上磁场，容量更上一层楼

材料牛注：锂电池电极材料中负责输运电荷的孔道在外加磁场下乖乖整齐“站队”，使得电池容量得到极大提高。

麻省理工学院（MIT）的研究者利用外部磁场将电极材料中的电荷运输孔道有序排列，制造出了区域容量比普通电极材料高3倍的电极材料，使得锂离子电池更符合电动汽车的需求。研究表明，在正常的倍率充放电实验中，利用该方法所制造的电池的区域容量为12 mAh/cm2，而普通电池仅为4 mAh/cm2。

一方面，研究人员试图利用外加磁场使材料具有各向异性，即沿不同方向材料的物理性质不同，正如木材年轮方向的强度大于垂直于年轮方向的强度。孔道在外加磁场下沿着电荷输运方向排列，增加了孔道密度，从而提高了电荷输运效率。较厚的电极材料虽然储存容量大，但由于电荷运输效率低，一直以来应用受限，利用该方法可以有效改善。然而，目前还未设计出有各向异性材料的锂离子电池。

另一方面，研究人员尝试降低电极材料的弯曲度。这意味着要减少孔道的弯曲和扭转。弯曲度的降低可以提高材料的导电性，这一点对于提高厚电极材料的性能同样大有裨益。

为了获得这些性能，MIT的团队将磁性材料分散在电极颗粒悬浮液中，在外加磁场的作用下，磁性粒子在不同方向上有序排列。当这些粒子位置固定以后，溶剂相挥发，磁性粒子失去磁性“光荣牺牲”，留下固体电极。实验检测了两种磁性材料，它们均能使电极材料内部的孔道有序排列。

用这种方法制备的LiCoO2电极性能优异，与传统恒流放电的锂离子电池相比，不但使容量增加到原来的三倍，而且更加符合电动汽车的驱动循环特性。这一研究成果最近在Nature Energy上进行了报道。

利用外部磁场排列电极材料中的孔道的方法具有速度快、作用面积大的优点。MIT的研究小组认为，该研究可以为低成本、高能量密度的厚电极电池的生产提供参考。

参考原文链接：Magnetic Field Makes a Better Lithium-Ion Battery for Electric Vehicles

文献链接：High-performance battery electrodes via magnetic templating

本文由编辑部曾庆辉提供素材，朱晓秀，王思迪编译，点我加入材料人编辑部。