新技術真的讓鋰電池再也不用擔心壽命問題了嗎？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-07-03 15:32
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目前，鋰離子電池已經(jīng)廣泛應用于智能手機、平板電腦、照相機、筆記本電腦、電動汽車、飛機以及輪船，且小小體積就能儲存大量能量，但科學家仍然希望能使其更好。
而且還有一個問題，智能手機中的鋰離子電池發(fā)生過過熱和爆炸的情況，也需要找到一個更好的解決方案。
發(fā)展不易燃的固態(tài)電池（Developing solid state batteries that aren't flammable）
電解質是電池的三個基本組成部分之一。目前，大多數(shù)可充電電池的電解質為液態(tài)形式，這是易燃的，也是過熱的原因所在，因此麻省理工學院（MIT）、三星（Samsung）、加州大學圣迭戈分校（University of California at San Diego）以及馬里蘭大學（University of Maryland）的研究人員決定開發(fā)固態(tài)電解質。
他們開發(fā)出了一款可行的、由鋰、鍺、磷和硫組成的固體鋰離子導體固態(tài)電解質.
這種固態(tài)電解質不僅僅更加安全，而且比傳統(tǒng)電池的壽命要長得多，因為不發(fā)生降解反應。這意味著這種電池可以使用、充電再重復使用成百上千次。
更好的是，含有這種固態(tài)電解質的電池可以在低至華氏-20度的溫度下應用，這是當前的電池不可能做到的。
該研究以“固態(tài)鋰超離子導體的設計原理”為題發(fā)表于《自然·材料》期刊上。
由于遺忘一個實驗而因禍得福成就了這一突破（Forgetting about an experiment led to a breakthrough）
在一項獨立的研究中，MIT和清華大學的科學家意外的發(fā)現(xiàn)，他們不慎遺忘在一個實驗中運行了很長時間的一個鋰離子電池的容量達到了其容量的四倍。
隨著時間的推移，鋰離子可充電電池的性能開始下降，因為一次次的充放電使鋰化合物沉淀于電極上。這使得電極最終分解。
一種解決辦法是用鋁取代石墨電極，但一旦暴露于空氣中，鋁顆粒表面馬上形成氧化物。
因此，清華大學的Wang Changan博士和MIT的Li Ju博士決定將鋁顆粒浸泡于硫酸和硫酸氧鈦中，試圖將氧化鋁移除，并用一個新的氧化鈦外涂層來取代之。
然而，他們忘了一批納米顆粒，浸泡的時間太長使得混合物浸泡到鋁顆粒。鋁納米顆粒原本有50 nm，浸泡過后，這些納米顆粒具有一個30 nm的鋁“蛋黃”，外殼是4 nm的氫氧化鈦。
科學家們決定用這些新的納米顆粒來構建電池，發(fā)現(xiàn)這種電池的容量是目前電池的四倍，且其壽命可超過500次充放電周期。為了驗證隔膜的性能，Anjan Banerjee 分別采用LMO／Li和NMC622／Li扣式電池和LMO/石墨和NMC622/石墨方形電池進行了電化學性能評估，下圖為LMO／石墨電池在55℃下循環(huán)性能，紅色的為空白對照組，藍色的功能隔膜實驗組。高溫下電池的容量衰降會加速發(fā)生，因此能更加有效的檢驗隔膜的有效性。從下圖我們可以看到在經(jīng)過四個周約180次循環(huán)后，空白對照組的容量損失約71%，而功能隔膜組容量損失為39%。
為NMC622/石墨電池在55℃下的循環(huán)性能曲線，紅色曲線為對照組，藍色曲線為功能隔膜組，從曲線上我們可以注意到經(jīng)過約140次循環(huán)后，對照組的容量損失為42%，功能隔膜組的容量損失僅為17%。從上面的兩個實驗我們也注意到，功能隔膜除了在材料的容量保持率方面會提升以外，它們的庫倫效率都要明顯高于使用傳統(tǒng)隔膜的對照組。
