鉅大LARGE | 點擊量：392次 | 2023年07月13日
為何鋰離子電池能量會隨著時間衰退？科學家正試圖知道電池SEI層
伯克利實驗室科學家的一項最新研究表明，科學家們對鋰離子電池最不了解的一個方面，現(xiàn)在已經(jīng)被一種新的研究方法闡明，為電池性能的重大改進打開了大門。
他們的研究最近發(fā)表在《焦耳》雜志上，利用伯克利實驗室電池科學家在能源技術領域開發(fā)的一項技術來說明電池運行過程中產(chǎn)生的大有機分子的結構。眾所周知，這些分子存在于電池的一個稱為固體電解質界面（SEI）層的部分，人們對SEI層了解甚少，但它對電池性能有著至關重要的影響。
“這一發(fā)現(xiàn)揭示了鋰離子電池內部化學成分的一個新維度，為電池電解液系統(tǒng)的合理設計提供了一個新的方向，”主要作者、伯克利實驗室能源技術領域的博士后陳芳說。
研究人員使用了一種獨特的“電極層析”技術，結合伯克利實驗室分子鑄造廠的基質輔助激光解吸/電離（MALDI）診斷能力，分離并說明了電池運行過程中產(chǎn)生的大有機分子的結構。電極色譜法允許在電極表面分離有機分子。MALDI通常用于表征蛋白質和肽等生物分子。
這種耦合的方法，首次成功地用于電池研究，是高度可采用的，因為它使用商用儀器。它將使科學家能夠精確、快速、方便地識別電池中的分子，包括它們的結構和重量分布。
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%
該研究通訊作者、電池科學家劉高（音譯）說：“設計一個更好的電解液系統(tǒng)將使下一代電池成為可能。目前的電解液系統(tǒng)在環(huán)境溫度和現(xiàn)有的電池化學成分下工作得非常好。然而，目前的電解液不能很好地與高能量密度電池、高壓電池或在極冷和極快充電條件下工作的電池配合使用?！?/p>
為什么鋰電池能量會隨著時間衰退？
法拉第研究所（FaradayInstitution）的博士研究員BeatriceBrowning解釋了鋰離子電池為何會隨著時間的推移而降解，并概述了為延長其壽命而采取的措施。
鋰離子電池是可充電電池，可用于各種便攜式電子設備，包括電話，筆記本電腦，尤其是電動汽車（EV）。
為了確保認為電動汽車優(yōu)于傳統(tǒng)的汽油/柴油發(fā)動機汽車，重要的電池壽命至關重要。最好是，EV電池的壽命至少可以與車輛本身的壽命相媲美，并且許多電池制造商都致力于降低電池質量，以確保確實如此。
智能手機和筆記本電腦的所有者會知道，隨著電池的老化和退化，他們需要更頻繁地充電，但是要確切知道為什么會這樣，則需要對鋰離子電池的工作原理有基本的了解。
顧名思義，鋰離子電池通過鋰離子的移動來工作。在充電和放電過程中，這些鋰離子通過兩個電極之間的電解質移動。被稱為陰極和陽極。
陰極通常由層狀的富鋰材料制成，其中鋰離子（Li離子）位于兩層之間。陽極也是一種從陰極接受鋰離子的層狀材料，通常是鋰離子電池中的石墨。鋰離子通過稱為電解質的導電介質從一個電極移動到另一個電極。
對鋰離子電池充電時，存儲在陰極中的鋰離子會通過電解質移動并進入陽極，從而產(chǎn)生能量為電子設備供電。
當使用由鋰離子電池供電的設備時，電池會放電，并且鋰離子會從陽極穿過電解質移動回到陰極。鋰離子電池的容量是指鋰離子穿梭為設備提供的最大能量。
充電周期和壽命
電池充電周期是指電池完全放電并再充電：將電池消耗至0％，再充電至100％等于一個電池充電周期。也可以通過使用50％的電池，再將其充電至100％，然后重復此過程來完成充電周期。
電池完成的循環(huán)次數(shù)越多，其劣化程度就越大，從而縮短其使用壽命。
對此的解釋來自鋰離子電池的化學組成，因為這些電池會通過多種化學機理降解。
一種情況是電池中移動鋰離子的丟失。這些通常會因與電解液發(fā)生的副反應而丟失，從而形成“捕獲”游離鋰的化合物，從而減少了可在電極之間穿梭的鋰離子數(shù)量。流動離子的損失降低了電池可以達到的最大容量。
當電極結構因結構紊亂而損壞時，電池壽命會縮短。由于鋰離子在電極內外的運動，在循環(huán)過程中會出現(xiàn)結構紊亂。
這可以減少電極可以接受的鋰離子數(shù)量，從而耗盡鋰離子電池容量。
電池溫度和壽命–常見的誤解
對鋰離子電池的一個常見誤解是，低溫會縮短其壽命。
這是因為觀察到智能手機在低溫下會更快地“死”，但實際上，這對整體電池壽命沒有破壞性影響。
涼爽的溫度本質上會使電極之間的鋰離子穿梭更加緩慢。
這意味著在寒冷的情況下使用智能手機時，鋰離子電池產(chǎn)生的電流太低，以致無法滿足需求，并且手機突然死機。最終加熱到環(huán)境溫度時，電池可以再次正常工作，而不會造成持久損壞，從而可以正常使用手機。
實際上，鋰離子電池的壽命在高溫下會縮短。這是因為位于電極之間的電解質會在高溫下分解，從而導致電池失去鋰離子穿梭能力。
鋰離子電池的過充和trick流充電
鋰離子電池過度充電是指試圖將電流推入充滿電的電池的過程，這可能導致其過熱并可能著火。
盡管手機/筆記本電腦已充滿電，但仍可以插上電話/筆記本電腦，這是因為電池制造商已采取保護措施以防止鋰離子電池過度充電。
由于電池管理系統(tǒng)和編程到設備中的保護芯片，一旦設備的電池電量達到100％，LiB將停止從充電器汲取電流。
盡管采取了防止過度充電的措施，但由于稱為trick流充電的現(xiàn)象，使鋰離子電池供電的設備隔夜插電仍會損害電池的壽命。
trick流充電是指每次設備出現(xiàn)不可避免的充電損耗時，將電池連續(xù)充至100％的過程。在100％到100％以下的電荷之間反彈的現(xiàn)象會升高內部鋰離子電池溫度，從而縮短電池容量和使用壽命。
從本質上講，鋰離子電池從首次使用起就一直在持續(xù)退化。
這是電池基本化學作用的結果，它會在運行期間引起不可避免的化學反應，這些化學反應會在電池內部發(fā)生。
這些反應會阻礙電池在其整個使用壽命期間保持滿電，并且消除電池的挑戰(zhàn)性和復雜性。鋰離子電池制造商正在努力通過各種方法來延長電池壽命。
電池增強技術的示例包括通過陽離子摻雜（在電極合成過程中添加陽離子以穩(wěn)定材料）對電極材料進行結構增強，或將添加劑引入電解質等。
正在進行的鋰離子電池研究至關重要。隨著對鋰離子動力汽車的需求增加，對更長電池壽命的需求對于確保電動汽車具有其以化石燃料為動力的競爭對手的壽命至關重要。
