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摘要：日本冈山大学的研究小组宣布，通过在锂离子电池（LIB）中添加具有独特特征的纳米尺寸立方晶体——“纳米立方体”，显著提高了电池的充放电速度，有助于推动在数秒内完成超快速充放电的新一代电池的实现。

关键字：锂离子电池、纳米立方体、水热法、钛酸钡、充放电

日本冈山大学于2021年12月24日宣布，通过在锂离子电池（LIB）中添加具有独特特征的纳米尺寸立方晶体“纳米立方体”，相较于现有LIB，成功缩短了充放电时间。

使用锂离子电池的纯电动汽车（BEV）正在全球范围内普及，但其存在充电时间长的课题。众所周知，一般情况下，锂离子在电解液和电极之间移动时产生的电化学反应的电阻较大。该移动电阻是控制电池输出特性的重要因素之一。

研究小组根据此前的研究发现了一种新现象，即通过在正极材料和电解液之间引入由电介质构成的纳米尺寸颗粒，可以加速锂离子的运动。在一定条件下，锂离子选择性吸附在电介质纳米颗粒的表面，锂离子的运动在该表面加速。

锂离子在纳米立方体表面高速移动的图像

（来源：冈山大学网站）

因此，此次研究小组着眼于具有独特特征的纳米尺寸立方晶体——“纳米立方体”，其可以通过水热法的合成方法制成。

研究表明，残留在表面的油酸会引起空间位阻，因此纳米立方体表现出高分散性。而且，形状为立方体，因此能够以高附着性与电极表面接触。此外，研究小组表示，在迄今为止的研究中，已经对合成方法进行了优化，并成功制作了结晶性高、且尺寸均匀的单晶纳米立方体。

在LIB中引入纳米立方体后，吸附在纳米立方体上的锂离子解吸溶剂分子（去溶剂化），并经过表面扩散，最终从纳米立方体、活性物质、电解质三相相交的界面附近插入正极内。

锂离子经由纳米立方体的移动在短时间内完成，这是使电池能够快速充放电的机制。研究已确认，实际上，当使用“钛酸钡”（BaTiO₃）作为电介质纳米立方体，并使用小型纽扣电池进行3分钟快速充放电试验时发现，添加了纳米立方体的电池的电容量约为现有电池的4.3倍。这意味着充满电所需的时间仅为现有电池的约1/4。

本次的研究成果表明，在LIB的电极和电解液之间加入少量纳米立方体作为添加剂，即可显著提高电池的充放电速度。其工业利用价值高，有助于推动在数秒内完成超快速充放电的新一代电池的实现。

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冈山大学：通过在锂离子电池中添加纳米立方体，成功缩短了充放电时间