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锂金属电池失效的主要启事于非活性锂
发布时间:2019-09-04 16:43:23
要害词:动力电池锂电池

锂金属电池失效的主要启事于非活性锂


据外媒报道,加州大学圣地亚哥分校(UCSD)指导的研讨小组发明,锂金属电池失效的基本启事于:电池放电进程中,少量的金属锂重积物从负极外面零落并被困住,变成无法再运用的“死”或非活性锂。


这一发明挑衅古板看法,即锂金属电池失效是因为锂负极和电解质之间变成的固态电解质界面膜(SEI)。研讨职员开辟一种技能,测量负极上非活性锂的数目,并研讨其微纳米构造,从而得出这一结论。这电池研讨范畴尚属首次。这些发明或将为完成可充电锂金属电池商业化铺平道道。


锂金属电池(由锂金属制成负极)是下一代电池技能的主要构成部分,其能量密度是目前锂离子电池(一般采用石墨负极)的两倍。于是,运用寿命更长,重量更轻,可以使电动汽车的续航里程添加一倍。可是,锂金属电池保管一个主要题目,那便是库仑服从低,电池可轮回次数有限。这是因为轮回进程中,电池中存储的活性锂和电解质被消耗殆尽。


恒久以后,电池研讨职员不停疑心,这是因为负极和电解质之间变成的固体电解质界面膜(SEI)变成的。可是,加州大学圣地亚哥分校的纳米工程学传授、主要研讨职员Y. Shirley Meng外示,尽管研讨职员曾经开辟出种种掌握和稳定SEI层的方法,仍然无法彻底办理这一题目。“这些电池仍然会失效,因为电池中正变成大宗非活性锂。以是,应当另有一个主要的方面被无视了。”


研讨职员发明,锂金属电池失效的首恶祸首是锂金属重积。当电池放电时,锂金属重积从负极零落,然后被困SEI层,丢失与负极的电连接,变成不行到场电池轮回的非活性锂。这些被困住的锂大大低沉了电池的库仑服从。研讨职员发明一种方法,测量有众少未反响的金属锂举措非活性锂被困,从而确定电池失效启事。他们往密封的烧瓶中加水,瓶中含有半电池轮回中变成的非活性锂样品。通通未反响的金属锂都会与水爆发化学反响发生氢气。通过测量发生了众少气体,研讨职员可以盘算出被困金属锂的数目。非活性锂还包罗另一种因素:锂离子,这也是SEI层的构成部分。可从非活性锂总量中减去未反响的锂金属量,来盘算它们的数目。


对金属锂半电池的测试中,研讨职员发明未反响的金属锂好坏活性锂的主要因素。跟着它的变成,库仑服从渐渐低沉。与此同时,SEI层的锂离子含量永久保持教逑堤度。八种差别的电解质中,可以观察到这些结果。“这一发明很主要。从中可以看出,锂金属电池的主要失效产物是未反响的金属锂,而不是SEI,”研讨职员Fang说,“通过这种方法来量化活性锂的两种因素,能抵达超高精度,得出值得信托的结果。这是其他外征东西无法做到的。”


“从化学实质的角度,金属锂具有侵略性,于是,这项义务极具挑衅性。金属锂会同时爆发许众差别类型的寄生反响,确实无法将种种非活性锂区分开来。”美国陆军研讨实行室的研讨员Kang Xu外示,“这项研讨带来的先辈方法,可供应十分强大的东西,以准确牢靠的方法做到这一点。”Xu所实行室的团队为此项研讨供应先辈的电解液配方。


研讨职员期望他们的方法可以成为评估锂金属电池服从的新标准。 


锂金属电池失效的主要启事于非活性锂


通过研讨差别电解质中锂重积的微纳米构造,研讨职员答复了另一个主要的题目:为什么有些电解质能进步库仑服从,另少许却不行。


这与电池充电时锂负极上的重积方法相关。少许电解质中,锂能变成微纳米构造,从而进步电池功用。比如,通用汽车研讨职员特别计划的电解液中,发生鳞集的柱状块状锂重积。放电进程中,受益于这种构造,举措非生动锂、被困SEI层中的未反响金属锂较少。依据测试结果,第一次轮回的库仑服从为96%。“这种优异的功用归功于电流搜罗器外面变成的柱状微观构造,它的弯曲度最小,大大增强了却构连接,”通用汽车举世研发中心的Mei Cai士说。他的团队开辟了先辈的电解质,使锂以“抱负”的微观构造重积。


比较之下,运用啥菝碳酸盐岩电解质时,锂重积呈现出扭曲的、晶须状样式。这种构造导致更众的锂金属离开进程中被困SEI中,库仑服从降至85%。


接下来,研讨小组提出掌握金属锂重积和离开的方法,包罗对电极堆施压、变成平均且具有板滞弹性的SEI层、运用3D电流搜罗器。“要害是掌握微纳米构造,”Meng说,“期望我们的发明可以激起新的研讨偏向,促进可充电锂金属电池的开展。”


稿件根源: 盖世汽车网
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