S01E03: 电池，接着装！

总述

我是一名材料系的研究生，现在正通过磷酸铝包覆方法来提升锂离子电池正极材料镍钴铝酸锂（NCA）材料性能。

电池

石油等化石燃料的使用维持着社会的正常运转，但因其过度使用，化石燃料已接近枯竭，同时带来了严重的环境污染问题，所以必须开发太阳能等清洁可再生能源。但这些可再生资源由于时间和空间分布不均，难以被全人类共享，因此需要发展存储资源技术。在这些技术中，电池技术因电能的清洁易用受到广泛关注。

锂离子电池

电池是由两个板（称为正极和负极）以及其间液体（称为电解液）构成。当正负极间用电线连上灯泡时，电子就从负极经灯泡迁移到正极，灯泡就被点亮，同时正负极发生各自化学反应。电池发展有两个趋势：一是电池要提供更高的电压，每公斤电池放出的电子量（比容量）要更多；二是每公斤的电池成本要更低。按正负极材料分，电池先后发展出了铜锡电池，铅酸电池，碳锌电池（干电池），碱性电池，镍镉电池，镍氢电池，锂离子电池等体系。现在手机，笔记本电脑等移动设备中用的大都是锂离子电池。

NCA材料及问题

现在锂离子电池主流的正极材料是钴酸锂，但因其成本高，比容量低，具有一定毒性限制了它的使用范围，因此需要开发其它材料。其中一种就是我在研究的镍钴铝酸锂材料（NCA）。该材料相较钴酸锂比容量高，成本低，毒性小，但也存在以下问题。首先，NCA材料高温（200度）下会发生分解，放出大量热，电池受热有爆炸风险，热稳定性较差；其次，NCA材料会与电解液发生反应，降低电池容量。

磷酸铝包覆法

目前我打算将磷酸铝覆盖在NCA材料表面，通过其将NCA材料与电解液隔开来阻止反应发生，，同时利用磷酸铝自身良好的热稳定性来保持NCA材料高温下的稳定性。主要制备流程是先用硝酸铝和磷酸氢二铵反应生成磷酸铝，再将其与NCA材料混合均匀，经高温煅烧后生成产物，然后将其装成电池后进行测试，主要检测电池在常温（25度）和高温（55度）下电池跑了一定圈数（100圈）后电池的剩余电量。为选取最优材料性能，需要不断重复材料制备和电池装配的过程。