鉅大LARGE | 點擊量：649次 | 2021年12月17日
科學家記錄鋰金屬電極如何老化 助力開發性能最大化電池
即使手機關機也會消耗掉電池，這一過程對鋰金屬電池來說更是一個問題。鋰金屬電池正在為下一代更小、更輕的電子設備、遠程電動汽車等等提供用途。
研究還顯示，日歷老化會在24小時內耗盡鋰金屬電池2-3%的電量，而鋰離子電池則需要3年時間。盡管這種電荷滲透會隨著時間的推移而減緩，但它會迅速累積，并會使電池的壽命縮短25%。
斯坦福大學SLAC教授和斯坦福大學教授崔毅(音)說，我們的工作表明，電解質可以對蓄電池的穩定性產生很大的影響。崔毅與斯坦福大學教授鮑哲南共同領導了這項研究。人們并沒有真正花時間去研究這個問題，也沒有把它作為理解發生了什么事情的一種方式。
研究小組在《自然能源》雜志上描述了他們的研究結果。
下一代鋰金屬電池會經歷快速的日歷老化，即使不使用時，也會耗盡電池電量并降低其存儲能量的能力。當電池電解質腐蝕充電過程中在陽極上形成的鋰金屬陽極顆粒（左上）或鋰金屬細絲時，會發生這種情況。腐蝕會產生一層不規則的團塊，稱為SEI（左下和右下）。SLAC國家加速器實驗室和斯坦福大學的一項研究發現，某些電解液比其他電解液更能導致這種破壞性腐蝕。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
為長途汽車提供更輕的電池
和鋰離子電池一樣，鋰金屬電池使用鋰離子在電極之間來回充電。但是鋰離子電池的陽極是用石墨做的，而鋰金屬電池的陽極是用鋰金屬做的，這種電池要輕得多，在給定的體積和重量下，有潛力存儲更多的能量。這對電動汽車來說尤其重要，因為電動汽車拖著沉重的電池到處跑需要耗費大量的能量。減輕他們的負荷可以降低他們的成本，增加他們的駕駛里程，使他們對消費者更有吸引力。
美國能源部的電池500聯盟，包括SLAC和斯坦福大學，有一個目標是開發用于電動汽車的鋰金屬電池，其單位重量的存儲電量幾乎是目前電動汽車電池的三倍。雖然他們已經在提高電池的能量密度和壽命方面取得了很大進展，但他們還有很長的路要走。他們還在努力解決樹突的問題，樹突是一種在陽極上的手指狀生長物，會導致電池短路并著火。
在過去的幾年里,包和崔,是誰調查的斯坦福線性材料和能源科學研究所合作找到解決這些問題的辦法,包括一個新的涂層,以防止樹突增長鋰金屬陽極和電解質,也可以防止樹突增長。
Cui實驗室的博士生DavidBoyle說，大多數這樣的研究都集中在最小化反復充放電所造成的傷害上，反復充放電會使電極產生張力和裂紋，限制電池的工作壽命。
但在這項研究中，他說，研究小組想測試不同化學組成的各種電解質，以了解鋰金屬陽極是如何老化的。
積極的腐蝕
首先，Boyle測量了含有各種電解質的鋰金屬電池的充電效率。然后，他和他的博士生WilliamHuang小心翼翼地拆除了充滿電的電池，放置了一天，取出陽極，在液氮中閃凍，以保存其結構和化學成分在日歷老化過程中的特定點。
接下來，黃在斯坦福大學校園用低溫電子顯微鏡(cryoo-em)檢查了陽極，看看各種電解質在接近原子尺度時是如何影響陽極的。這是崔的團隊幾年前首創的一種方法，用于觀察電池組件的內部生活。
在今天的鋰離子電池中，電解質腐蝕陽極表面，形成一層稱為固體電解質界面，或SEI。這一層既是雙重人格:它消耗了少量的電池容量，但它也保護陽極免受進一步的腐蝕。所以在平衡上，一個平滑、穩定的SEI層對電池功能是有好處的。
但在鋰金屬電池中，每當電池充電時，陽極表面就會沉積一層薄薄的鋰金屬，這一層為老化過程中的腐蝕提供了一個新的表面。此外，黃教授說，我們發現，由于與電解液發生更劇烈的化學反應，這些陽極上的SEI層生長得更劇烈。
他們測試的每種電解質都產生了獨特的SEI生長模式，其中一些形成了團塊、薄膜或兩者都有，而這些不規則的生長模式與更快的腐蝕和充電效率的損失有關。
找到一個平衡
與預期相反，本來可以支持高效充電的電解質與性能不佳的電解質一樣，由于日歷老化而容易出現效率下降。沒有一種電解質化學可以同時做到這兩點。
因此，要最小化日歷老化，挑戰將是最小化電解質的腐蝕性和陽極表面的鋰金屬的程度，它可以攻擊。
真正重要的是，這給我們提供了一種研究哪種電解質最有前途的新方法。它指出了一種新的電解質設計標準，以實現下一代電池技術所需的參數。
