奈米結構錳基材料鋰電池，更便宜也更環保

又是一個快要聽膩了的電池技術突破，不過這次有些不同，因為使用的材料是電池老朋友「錳」，透過奈米結構設計，就能夠讓能量密度超越鎳鈷錳三元鋰電池，似乎大有可為。

比起這兩年常見的新材料電池像是鈉離子電池、空氣電池或是各種創新材料，橫濱大學研究室發表的這款「鋰錳電池」不僅熟悉甚至很常見，你家的抽屜裡可能就有鋰錳電池，或許是黑白配色的四號電池，也可能是鈕釦型電池，都是鋰錳電池，夠親民了吧？嚴格來說，這項新技術並不是真的「鋰錳電池」，而是「錳基材料鋰離子電池」，差別也很明顯，傳統鋰錳電池都是拋棄式的乾電池，不像鋰離子電池可以反覆充放電。

這就順便可以解答許多人的疑問，家中常見的這種乾電池明明不貴，為什麼電動車電池會這麼昂貴？關鍵就在於電池充放電時產生的氧化還原反應，在這個過程中，錳會因為相位變化而逐漸溶解，電壓也會不斷衰退，所以必須加入鎳、鈷等元素，讓元素更穩定，也提升能量密度，代價則是鎳和鈷都相對高價，特斯拉最具代表性的鎳鈷錳三元鋰電池，就是因此而昂貴。

橫濱國立大學固態能量研究室主任教授藪内直明（Naoaki Yabuuchi），本週在 ACS Central Science 期刊發表的最新研究，就是以二氧化錳（LiMnO₂）為鋰離子電池正極材料，取代鎳和鈷，並達成每公斤 820Wh 能量密度的新技術，不僅高過 LFP 電池的 500Wh，甚至也比鎳基電池的 750Wh 更高。

鋰錳電池技術突破的關鍵在於晶體排列，前面提到錳會在電池循環時溶解，使電池電壓逐漸衰退，研究團隊發現，化學循環的相位轉變過程，如果能讓 LiMnO₂ 形成尖晶石相態，就能減少錳流失和電壓衰退，並達成較高的可逆容量。解決之道，是透過熱處理讓岩鹽結構的 LiMnO₂ 結晶成獨特的單層奈米結構，再經過機械磨粉後，得到這些 LiMnO₂ 尺寸約 50~150 奈米，以此為正極材料就能穩定形成 3~5 奈米大小的尖晶體，完全不使用鎳和鈷下，達成每公斤 820Wh 能量密度。