芝加哥大學探討鋰離子電池降解機制
時間:2022-12-26 09:07來源:蓋世汽車 作者:Elisha
點擊:
次
（圖片來源：芝加哥大學）
據外媒報道，芝加哥大學普利茲克分子工程學院（PME）的研究人員結合使用高功率電子顯微鏡和計算模型，從原子層面準確了解鋰離子電池降解時會發生什么。這項研究指出了一種方法，通過關注一種經常被忽視的結構組分——碳結合域（carbon binder domain，CBD），可以設計更持久的鋰離子電池。研究負責人Y. Shirley Meng 教授表示：“這項工作是朝著更高效和可持續的電池技術邁出的一步。”
在整個充電循環中，正、負極的活性物質會膨脹和收縮，不斷產生“顆粒裂紋”和其他物理損害，從而影響鋰離子電池的性能。以前，鋰離子電池的電極小而薄，研究人員曾對其中發生的顆粒裂紋和降解進行過表征。然而，為了開發更大的電動汽車電池，現在電極變得更厚、能量密度更高。
加州大學圣地亞哥分校（University of California San Diego）的項目科學家Minghao Zhang表示，厚電極的動力學與薄電極的動力學有很大的不同。“在更厚、能量更高的電極中，實際上降解程度要嚴重得多。”
Zhang指出，對厚電極進行定量研究也更難。以前用于研究薄電極的工具，無法觀察更大、更致密材料的結構。
結合顯微鏡和建模
在這項新研究中，Meng、Zhang和賽默飛世爾科技（Thermo Fisher Scientific）的研究人員利用等離子聚焦離子束掃描電子顯微鏡（PFIB-SEM），觀察鋰離子電池厚正極內部發生的變化。PFIB-SEM利用聚焦的射線使離子和電子帶電，從而構建材料三維結構的超高分辨率圖像。
研究人員利用成像方法來收集數據，包括一個全新的正極以及一個已經充電并耗盡15次的正極的數據。利用電子顯微鏡實驗數據，該團隊建立了計算模型，從而表明電池的降解過程。PME博士后研究員Mehdi Chouchane表示：“通過結合納米級分辨率實驗數據和模型，可以確定正極是如何降解的。如果沒有模型，很難確定發生了什么。”
研究人員發現，電池各區域之間的差異，促使形成很多結構上的變化。正極表面的薄層更容易發生電解質腐蝕。因此，該頂層形成一個更厚的電阻層，導致底層的膨脹和收縮程度超過正極其他部分，從而加速降解。
該模型還指出了CBD的重要性。CBD是一種由含氟聚合物和碳原子組成的多孔網絡，可以將電極中的活性物質聚集在一起，有助于通過電池傳導電能。以前的研究沒有表征，在電池使用過程中CBD是如何降解的。新的研究表明，隨著時間的推移，CBD與正極活性材料之間接觸的減弱，直接導致了鋰離子電池性能下降。
Zhang表示：“這一變化甚至比活性物質的破裂更加明顯。過去，許多研究人員一直關注活性物質破裂的問題。”
未來的電池
該團隊利用這一正極模型，探討如何通過微調電極設計來改變降解現象。研究人員表示，改變CBD結構網絡，有助于防止CBD與活性物質之間接觸狀況的惡化，從而延長電池壽命。現在，工程師們可以通過物理實驗來跟進這個假設。
該團隊現正使用相同的方法來研究更厚的正極，并就如何減緩電極降解進行額外建模。賽默飛世爾科技的電池市場開發高級經理Dr. Zhao Liu表示：“這項研究開發了一種方法，主要涉及如何設計電極以提高未來電池的性能。”
(責任編輯：子蕊)
文章標簽：
鋰離子電池
免責聲明：本文僅代表作者個人觀點，與中國電池聯盟無關。其原創性以及文中陳述文字和內容未經本網證實，對本文以及其中全部或者部分內容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，并請自行核實相關內容。
凡本網注明 “來源：XXX（非中國電池聯盟）”的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。
如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的，請在一周內進行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@cbcu.com.cn
凡本網注明 “來源：XXX（非中國電池聯盟）”的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。
如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的，請在一周內進行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜歡
-
鄭州大學發明新合成方法 可提升鋰硫電池電化學性能
2022-12-15 08:42 -
劍橋大學新研究觀察鋰離子流動 有望提高電動車電池的充放電性能表現
2022-12-06 09:52 -
香港科技大學開發新型鐵基正極材料 以實現質子陶瓷燃料電池創紀錄性能
2022-11-22 09:26 -
伍倫貢大學引入新型分子軌道相互作用 提高鋰離子電池正極材料的穩定性
2022-11-10 21:50 -
華中農業大學開發新型鋰負極技術 可提高鋰金屬電池的安全性和效率
2022-10-21 10:13 -
北京理工大學首次提出并構筑燃料電池催化層多孔離聚物
2022-10-16 12:45 -
多倫多大學開發出新技術 助力回收鋰離子電池中的金屬
2022-10-10 22:01 -
有機鋰離子電池離成為現實又近了一步
2022-09-30 09:17 -
研究人員探討從廢鉛酸電池中回收鐵和鉛
2022-08-31 09:07 -
萊斯大學化學家發現 在電極上刷薄膜可以保護電池
2022-08-24 08:29
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
專題
相關新聞
-
鄭州大學發明新合成方法 可提升鋰硫電池電化學性能
2022-12-15 08:42 -
劍橋大學新研究觀察鋰離子流動 有望提高電動車電池的充放電性能表現
2022-12-06 09:52 -
香港科技大學開發新型鐵基正極材料 以實現質子陶瓷燃料電池創紀錄性能
2022-11-22 09:26 -
伍倫貢大學引入新型分子軌道相互作用 提高鋰離子電池正極材料的穩定性
2022-11-10 21:50 -
華中農業大學開發新型鋰負極技術 可提高鋰金屬電池的安全性和效率
2022-10-21 10:13 -
北京理工大學首次提出并構筑燃料電池催化層多孔離聚物
2022-10-16 12:45 -
多倫多大學開發出新技術 助力回收鋰離子電池中的金屬
2022-10-10 22:01 -
有機鋰離子電池離成為現實又近了一步
2022-09-30 09:17
本月熱點
-
又一鋰電新貴啟動IPO
2022-12-04 10:27 -
11月我國動力電池裝車量34.3GWh，同比增64.5%
2022-12-12 08:40 -
動力電池回收行業專題報告：動力電池退役潮起，回收賽道風口將至
2022-12-05 10:48 -
專利戰寧王一審勝訴中航，二線電池廠「唇亡齒寒」？
2022-12-01 10:01 -
鋰價漲10倍下的回收亂象
2022-12-11 15:54 -
日賺4.5億！中石油宣布造電池！
2022-11-30 08:57 -
特斯拉上海工廠被曝已停產，原因未知
2022-12-25 18:42 -
狂奔的動力電池急需一腳「剎車」
2022-12-08 08:45
企業微信號
微信公眾號