如何改善鋰電池容量衰減呢？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-10-07 14:40
點擊量：次
據(jù)國外媒體報道，由于其高儲能密度，金屬氧化物、硫化物和氟化物是電動汽車用鋰離子電池的理想電極材料。然而，它們的儲能能力迅速下降。最近，科學(xué)家們研究了一種具有氧化鐵電極的鋰離子電池，發(fā)現(xiàn)在超過100次充電和放電之后，氧化鋰的積累和電解液的分解造成了損失。
研究過程中使用的氧化鐵電極由廉價無毒磁鐵礦制成。與目前的電極材料相比，磁鐵礦等轉(zhuǎn)化電極材料（即與鋰反應(yīng)時轉(zhuǎn)化為新產(chǎn)品）可以儲存更多的能量，因為它們可以含有更多的鋰離子。”然而，這些材料的儲能能力下降很快，并取決于電流密度。例如，我們對磁鐵礦的電化學(xué)測試表明，磁鐵礦的容量在高速充放電的前10個循環(huán)中迅速下降。功能納米材料中心（CFN）電子顯微鏡組組長、研究負(fù)責(zé)人董蘇說。CFN是美國能源部的科學(xué)用戶設(shè)施辦公室，位于H國家實驗室。
為了找出循環(huán)不穩(wěn)定的原因，科學(xué)家們試圖觀察100次電池循環(huán)后磁鐵礦晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)的變化。他們用透射電子顯微鏡（tem）和同步x射線吸收光譜（xas）對其進(jìn)行了研究。TEM電子束通過樣品傳輸以產(chǎn)生特征圖像的結(jié)構(gòu)圖像或衍射圖案。xas用x射線檢測材料的化學(xué)性質(zhì)。
利用這些技術(shù)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)磁鐵礦在第一次放電過程中被完全分解為鐵納米粒子和氧化鋰。然而，在隨后的充電過程中，轉(zhuǎn)化反應(yīng)不是完全可逆的，并且鐵和氧化鋰的殘留物仍然存在。此外，磁鐵礦的原始尖晶石結(jié)構(gòu)在帶電條件下演化為巖鹽結(jié)構(gòu)（鐵原子的位置在兩種結(jié)構(gòu)中不完全相同）。在隨后的充放電循環(huán)中，氧化鋰與鋰相互作用，以形成氧化鋰和金屬鐵納米粒子的絡(luò)合物。由于轉(zhuǎn)化反應(yīng)不完全可逆，這些殘余產(chǎn)物會逐漸積累?？茖W(xué)家還發(fā)現(xiàn)，電解質(zhì)，一種使鋰離子在兩個電極之間流動的化學(xué)介質(zhì)，在隨后的循環(huán)中分解。
根據(jù)研究結(jié)果，科學(xué)家們提出了儲能能力下降的原因。CFN電子顯微鏡組的科學(xué)家兼聯(lián)合首席作者Sooyeon Hwang說：“因為氧化鋰具有低的電子導(dǎo)電性，它的積累將形成一個電子在電池正極和負(fù)極之間穿梭的屏障，我們稱之為內(nèi)鈍化層。同樣，電解液分解會在表面形成一層鈍化層，阻礙離子傳導(dǎo)。這些障礙物積聚起來，阻止電子和鋰離子到達(dá)活性電極材料進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)。
科學(xué)家指出，在低電流下運行電池可以通過降低充電速度和恢復(fù)部分容量來提供足夠的時間來進(jìn)行電子傳輸，但是需要其他解決方案來徹底解決這個問題。他們認(rèn)為，在電極材料中添加其他元素和改變電解液可以改善容量衰減。
