什么是锂离子电池，怎么延长电池锂离子电池寿命
来源：宝鄂实业
2019-04-11 15:45
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盖世汽车讯据外媒报道，电动汽车由可充电的锂离子电池(LIB)驱动，但是目前，人们还没有完全了解和完善锂离子电池。鉴于电动汽车有望取代燃油车，任何可以提升锂离子电池性能的研究将有利于电动汽车发展，改善环境。美国哥伦比亚大学(Columbia)的两位教授Matthias Preindl和Alan West正在研发一种机器学习模型，可以更精确地估算锂离子电池的充电水平。目前，估算电池充电状态仍有5%的出错率，该团队研发的模型目标是将出错率降至1%，该项研究获得了哥伦比亚数据科学研究所(Data Science Institute)种子基金的资助。
大家都知道，电池管理系统主要用于捕捉电池的健康状态，预测期剩余寿命。上述两个概念可帮助电动汽车车主知道何时应该停车给电池充电，以及何时应该安排更换电池。然后，一个估算精度高的模型可让电池管理系统识别和保护弱电池，从而延长电池组的寿命。
为设计该机器学习模型，该团队将把扰动信号(由电力电子变换器产生的一系列电流信号)应用到锂离子电池上，该系列信号可让电池发出能够检测到的电反应。该团队将在实验室中测试此类电池，并且使用电力电子变换器从安装在电动汽车上的电池中获取数据。此类数据每分钟生成一次，可以测量电池温度、电压和电流波动等电池功能，从而产生数十万个数据点。因此，该团队正在设计一种算法，以评估此类数据并设计一个优化模型。
Preindl是电池与外部元件如何相互作用方面的专家，而化学工程师Allen West了解电池内部的化学成分。他们二人正结合自己的工程学知识和先进的数据科学技术，设计一个模型，可以预测如何让目前的锂离子电池获得最佳性能。
Preindl表示：“事实上，我们没有量化的方法来了解锂离子电池的行为。一旦我们有了量化的数据，我们就会知道电池什么时候需要充电，可以使用多久，什么时候需要更换，以及如何延长电池的寿命。”
锂硫电池被誉为下一代电池，以取代目前的锂离子电池。锂离子电池比锂离子电池更便宜，能量密度更高，从电动汽车到笔记本电脑，这些都是重要的特性。
但到目前为止，对锂硫电池的敲击是它们不会持续很长时间，可用于大约100次充电循环。
普渡大学的研究人员已经找到了一种方法来延长一个过程中的生命周期，这个过程有一个额外的好处，就是回收塑料的便利方式。他们的工艺最近在ACS应用材料和接口公司发布，表明将含硫浸泡的塑料放入微波炉(包括透明塑料袋)中，将材料转化为理想物质，以便将即将上市的电池的使用寿命延长至200多次充电 - 放电循环。
普渡大学化学工程学院副教授维拉斯波尔说：“无论你回收塑料多少次，塑料都会停留在地球上。” “我们一直在想办法摆脱它很长一段时间，这是一种至少可以增加价值的方法。”
减少垃圾填埋的需要与使锂硫电池足够商业用途相同。
“由于锂硫电池越来越受欢迎，我们希望从中吸取更长的寿命，”波尔说。
低密度聚乙烯塑料，用于包装，包含大部分塑料废物，有助于解决锂硫电池长期存在的问题 - 这种现象称为多硫化物穿梭效应，限制了电池之间的持续时间收费。
顾名思义，锂硫电池具有锂和硫。当施加电流时，锂离子迁移到硫中并发生化学反应以产生硫化锂。该反应的副产物多硫化物倾向于回到锂侧并防止锂离子迁移到硫中。这降低了电池的充电容量以及寿命。
“阻止多硫化物的最简单方法是在锂和硫之间形成物理屏障，”普渡大学化学工程博士后研究员Patrick Kim说。
以前的研究试图用生物质制造这种屏障，例如香蕉皮和开心果壳，因为生物质衍生的碳中的孔隙有可能捕获多硫化物。
“每种材料都有其自身的优点，但生物质很好，可以用于其他目的，”波尔说。“废塑料真的是毫无价值和繁琐的材料。”
相反，研究人员想到如何将塑料结合到碳支架中以抑制电池中的多硫化物穿梭。过去的研究表明，低密度聚乙烯塑料与磺化基团结合后会产生碳。
研究人员将塑料袋浸泡在含硫溶剂中，然后将其放入微波炉中，以便快速提高转化为低密度聚乙烯所需的温度。热量促进了塑料的磺化和碳化，并诱导了更高密度的孔隙以捕获多硫化物。然后可以将低密度聚乙烯塑料制成碳支架，以分割电池纽扣电池的锂和硫半部分。
“来自这一过程的塑料衍生碳包括具有负电荷的磺酸盐基团，这也是多硫化物所具有的，”Kim说。因此，制成碳支架的磺化低密度聚乙烯通过具有类似的化学结构来抑制多硫化物。
“这是提高电池容量保持率的第一步，”波尔说。“下一步是利用这一概念制造更大尺寸的电池。
