對(duì)鋰離子電池失效機(jī)理的新見(jiàn)解

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用后，先進(jìn)的“富鎳”電池?zé)o法滿充電。電極材料老化的原因已被劍橋、利物浦大學(xué)以及鉆石光源公司的研究人員所確認(rèn)。他們的研究結(jié)果發(fā)表在《Nature Materials》雜志上，這一結(jié)果為長(zhǎng)壽命電池開(kāi)發(fā)策略指出了方向。

在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，鋰離子電池很可能成為電動(dòng)車市場(chǎng)的主流，而富鎳的鋰、過(guò)渡金屬氧化物則是這些電池正極材料的最好選擇。但富鎳材料的老化速率比目前的材料快得多，對(duì)于電動(dòng)車商業(yè)化應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。通常電子消費(fèi)品壽命只有幾年，而汽車與此不同，使用時(shí)間更久，因此有必要延長(zhǎng)汽車電池的壽命。

為了改善其性能，全面、深入地了解其工作原理以及逐漸老化的原因至關(guān)重要。為了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池材料在幾個(gè)月內(nèi)的變化，研究人員利用激光技術(shù)制造了一種新的紐扣電池。對(duì)于從事長(zhǎng)期失效機(jī)理研究的許多化學(xué)家而言，這種紐扣電池為研究提供了可能。

在研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)反復(fù)充放電，部分正極材料老化，隨著循環(huán)次數(shù)的增長(zhǎng)，老化材料的數(shù)量隨之增加。為了尋找老化原因，劍橋大學(xué)徐超博士將材料結(jié)構(gòu)研究深入到原子尺度。為了充分發(fā)揮材料作用，電池材料隨著鋰離子的進(jìn)出而膨脹和收縮。使用一段時(shí)間后，研究發(fā)現(xiàn)材料表面的原子形成了新的結(jié)構(gòu)，失去了儲(chǔ)能能力。更糟糕的是，這些重構(gòu)的表面區(qū)域顯然充當(dāng)了固定此處其余材料的木樁，令其不能收縮(收縮過(guò)程是充滿電所必需的)，結(jié)果鋰仍然卡在晶格中，這種老化的材料電荷容量低?；谶@種認(rèn)識(shí)，研究人員目前正在尋找有效的對(duì)策，如防護(hù)涂層和功能性電解質(zhì)添加劑，來(lái)緩解這一退化過(guò)程，延長(zhǎng)電池壽命。

[靳愛(ài)民摘譯自 ScienceDaily，2020-08-25]