未來(lái)鋰離子電池的壽命和性能有什么改善？
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-27 14:17
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賓夕法尼亞州立大學(xué)的一份報(bào)告稱(chēng)，研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種新的鋰離子電池構(gòu)造方法，可能為更高的能量密度，性能和電池安全性鋪平道路。
固體電解質(zhì)界面
坐在電池的鋰金屬和電解質(zhì)之間的是固體電解質(zhì)界面（SEI），多年來(lái)它一直是開(kāi)發(fā)性能更好的電池的障礙。
還請(qǐng)參見(jiàn)：研究人員成功打造三維打印定制鋰離子電池
可再充電鋰離子電池的能量密度越來(lái)越高，因?yàn)樗鼈兊氖褂梅秶鷶U(kuò)展到各種電子設(shè)備，從手機(jī)到電動(dòng)汽車(chē)，因此SEI自然是研究人員試圖尋求嘗試的地方之一。提高績(jī)效。
“這一層非常重要，并且通過(guò)電池中鋰和電解質(zhì)之間的反應(yīng)自然形成，”賓夕法尼亞州機(jī)械和化學(xué)工程教授王東海說(shuō)。“但它表現(xiàn)不佳，導(dǎo)致很多問(wèn)題。”
創(chuàng)造更好的固體電解質(zhì)界面
當(dāng)SEI開(kāi)始降級(jí)時(shí)，問(wèn)題就開(kāi)始了。隨著時(shí)間的推移，這導(dǎo)致在電池的鋰電極上形成枝晶，針狀生長(zhǎng)，這逐漸抑制了它們的性能和安全性。
“這就是為什么鋰金屬電池不會(huì)持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間 - 相間增長(zhǎng)而且不穩(wěn)定的原因，”王說(shuō)。“在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用聚合物復(fù)合材料來(lái)創(chuàng)造更好的SEI。”
在賓夕法尼亞州立大學(xué)化學(xué)博士生岳高的帶領(lǐng)下，工程師們制作了一種新型SEI，是一種由聚合鋰鹽，氟化鋰納米粒子和氧化石墨烯片組成的活性聚合物復(fù)合材料。
Evan Pugh大學(xué)化學(xué)教授Thomas E. Mallouk為該項(xiàng)目提供了幫助，幫助創(chuàng)建薄層材料。
“實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋰界面需要大量的分子水平控制，”Mallouk說(shuō)。“悅和東海設(shè)計(jì)的聚合物能夠與鋰金屬表面形成爪狀鍵合。它以無(wú)源方式為鋰表面提供所需的能量，使其不會(huì)與電解質(zhì)中的分子發(fā)生反應(yīng)。納米片在復(fù)合材料中起到機(jī)械屏障的作用，防止樹(shù)枝狀晶體從鋰金屬中形成。“
這是通過(guò)控制鋰的表面在單個(gè)原子和分子的水平上實(shí)現(xiàn)的，這使得項(xiàng)目成功。
“當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)電池時(shí)，我們不一定像化學(xué)家一樣思考，一直到分子水平，但這就是我們?cè)谶@里需要做的事情，”Mallouk說(shuō)。
“通過(guò)更穩(wěn)定的SEI，可以將現(xiàn)有電池的能量密度提高一倍，同時(shí)使其壽命更長(zhǎng)，更安全，”王說(shuō)。
研究人員并未說(shuō)明這種電池何時(shí)上市，但其使用的二氧化鈦納米管十分容易生產(chǎn)，且成本也相對(duì)較低。研究人員稱(chēng)，該技術(shù)的突破將為所有產(chǎn)業(yè)帶來(lái)廣泛的影響，尤其是受制于電池使用壽命的電動(dòng)汽車(chē)領(lǐng)域。
業(yè)內(nèi)人士稱(chēng)，從最基本的層面講，該技術(shù)可以避免一些電子設(shè)備的“被迫淘汰”。即用戶在該款設(shè)備無(wú)法滿足需求的時(shí)候才更換，而不是其電池?zé)o法充電，或充電后續(xù)航時(shí)間短。
此外，該技術(shù)確實(shí)將會(huì)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)帶來(lái)巨大影響。首先，用戶只需幾分鐘即可完成充電，而不是幾個(gè)小時(shí)。其次，在準(zhǔn)備淘汰整臺(tái)電動(dòng)汽車(chē)之前，用戶無(wú)需頻繁更換比較昂貴的電池組。
