又是一个快要听腻了的电池技术突破，不过这次有些不同，因为使用的材料是电池老朋友“锰”，通过纳米结构设计，就能够让能量密度超越镍钴锰三元锂电池，似乎大有可为。

　　比起这两年常见的新材料电池像是钠离子电池、空气电池或是各种创新材料，横滨大学研究室发布的这款“锂锰电池”不仅熟悉甚至经常见，你家的抽屉里可能就有锂锰电池，或许是黑白配色的四号电池，也可能是钮扣型电池，都是锂锰电池，够亲民了吧？严格来说，这项新技术并不是真的“锂锰电池”，而是“锰基材料锂离子电池”，差别也很明显，传统锂锰电池都是抛弃式的干电池，不像锂离子电池可以反复充放电。

　　这就顺便可以解答许多人的疑问，家中常见的这种干电池明明不贵，为什么电动汽车电池会这么昂贵？关键就在于电池充放电时产生的氧化还原反应，在这个过程中，锰会因为相位变化而逐渐溶解，电压也会不断衰退，所以必须加入镍、钴等元素，让元素更稳定，也提升能量密度，代价则是镍和钴都相对高价，特斯拉最具代表性的镍钴锰三元锂电池，就是因此而昂贵。

　　横滨国立大学固态能量研究室主任教授薮内直明（Naoaki Yabuuchi），本周在ACS Central Science期刊上发布的最新研究，就是以二氧化锰（LiMnO₂）为锂离子电池正极材料，取代镍和钴，并完成每公斤820 Wh能量密度的新技术，不仅高过LFP电池的500 Wh，甚至也比镍基电池的750 Wh更高。

　　锂锰电池技术突破的关键在于晶体排列，前面提到锰会在电池循环过程中溶解，使得电池电压逐渐衰退，研究团队发现，在化学循环的相位转变过程中，如果能让LiMnO₂ 形成尖晶石相态，就能减少锰流失和电压衰退，并完成较高的可逆容量。解决之道，是通过热处理让岩盐结构的LiMnO₂ 结晶成独特的单层纳米结构，再经过机械磨粉后，得到这些LiMnO₂ 的尺寸大约是50～150 nm，以此作为正极材料就能稳定形成3～5 nm大小的尖晶体，在完全不使用镍和钴的情况下，完成每公斤820 Wh的能量密度。

　　在现阶段实验中，电压并没有衰退，是一个巨大的成功。不过在实验中依然观测到锰溶解，以及电容量随着充放电循环下降的问题，PG电子平台研究团队也指出，针对这些问题，可以通过锂磷酸盐涂层，以及高浓度电解质改善。

　　锰基材料锂电池相当具有吸引力，一方面是因为锰的供应链稳定存在，而且价格低廉，一方面它的制程比现有的镍钴锰简化，即使能量密相同，光是能够完成不使用镍跟钴这两种贵重金属原料，PG电子平台就充满商业价值，何况它的能量密度甚至还更高。

　　值得一提的是，Toyota正在研究中的全固态电池，就是与薮内直明教授合作研发，横滨国立大学对电池与电动汽车的各项研究成果，有不少也都成为商业化技术，究竟这款锰基材料锂电池，能否成功量产进入商业化，我们拭目以待。

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