首页 资讯 LOOKin 娱乐 体育 明星 时尚 游戏 旅游 生活 母婴 营销 邮箱 商业 视频 财经 健康 段子 消费 汽车 购物 科技
首页 > 汽车 > 正文
Qzone
微博
微信

芝加哥大学探讨锂离子电池降解机制

汽车 盖世汽车网    2022-12-25 15:53

盖世汽车讯锂离子电池广泛应用于手机和电动汽车等领域。但是,经过数百次充电循环后,锂离子电池容易降解,直至完全无法充电。

图片1.png

(图片来源:芝加哥大学)

 

据外媒报道,芝加哥大学普利兹克分子工程学院(PME)的研究人员结合使用高功率电子显微镜和计算模型,从原子层面准确了解锂离子电池降解时会发生什么。这项研究指出了一种方法,通过关注一种经常被忽视的结构组分——碳结合域(carbon binder domain,CBD),可以设计更持久的锂离子电池。研究负责人Y. Shirley Meng 教授表示:“这项工作是朝着更高效和可持续的电池技术迈出的一步。”

在整个充电循环中,正、负极的活性物质会膨胀和收缩,不断产生“颗粒裂纹”和其他物理损害,从而影响锂离子电池的性能。以前,锂离子电池的电极小而薄,研究人员曾对其中发生的颗粒裂纹和降解进行过表征。然而,为了开发更大的电动汽车电池,现在电极变得更厚、能量密度更高。

加州大学圣地亚哥分校(University of California San Diego)的项目科学家Minghao Zhang表示,厚电极的动力学与薄电极的动力学有很大的不同。“在更厚、能量更高的电极中,实际上降解程度要严重得多。”

Zhang指出,对厚电极进行定量研究也更难。以前用于研究薄电极的工具,无法观察更大、更致密材料的结构。

 

结合显微镜和建模

在这项新研究中,Meng、Zhang和赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific)的研究人员利用等离子聚焦离子束扫描电子显微镜(PFIB-SEM),观察锂离子电池厚正极内部发生的变化。PFIB-SEM利用聚焦的射线使离子和电子带电,从而构建材料三维结构的超高分辨率图像。

研究人员利用成像方法来收集数据,包括一个全新的正极以及一个已经充电并耗尽15次的正极的数据。利用电子显微镜实验数据,该团队建立了计算模型,从而表明电池的降解过程。PME博士后研究员Mehdi Chouchane表示:“通过结合纳米级分辨率实验数据和模型,可以确定正极是如何降解的。如果没有模型,很难确定发生了什么。”

研究人员发现,电池各区域之间的差异,促使形成很多结构上的变化。正极表面的薄层更容易发生电解质腐蚀。因此,该顶层形成一个更厚的电阻层,导致底层的膨胀和收缩程度超过正极其他部分,从而加速降解。

该模型还指出了CBD的重要性。CBD是一种由含氟聚合物和碳原子组成的多孔网络,可以将电极中的活性物质聚集在一起,有助于通过电池传导电能。以前的研究没有表征,在电池使用过程中CBD是如何降解的。新的研究表明,随着时间的推移,CBD与正极活性材料之间接触的减弱,直接导致了锂离子电池性能下降。

Zhang表示:“这一变化甚至比活性物质的破裂更加明显。过去,许多研究人员一直关注活性物质破裂的问题。”

 

未来的电池

该团队利用这一正极模型,探讨如何通过微调电极设计来改变降解现象。研究人员表示,改变CBD结构网络,有助于防止CBD与活性物质之间接触状况的恶化,从而延长电池寿命。现在,工程师们可以通过物理实验来跟进这个假设。

该团队现正使用相同的方法来研究更厚的正极,并就如何减缓电极降解进行额外建模。赛默飞世尔科技的电池市场开发高级经理Dr. Zhao Liu表示:“这项研究开发了一种方法,主要涉及如何设计电极以提高未来电池的性能。”

【以上内容转自“盖世汽车”,不代表本网站观点。 如需转载请取得盖世汽车网许可,如有侵权请联系删除。】

 

延伸阅读:

 

责任编辑: cxr4186

责任编辑: cxr4186
人家也是有底线的啦~
广告
Copyright © 2018 TOM.COM Corporation, All Rights Reserved 雷霆万钧版权声明
违法信息/未成年人举报:010-85181169     举报邮箱/未成年人举报:jubao@tomonline-inc.com