怎样解决电池容量衰退的相关问题以延长动力电池的使用寿命？

目前，电池中使用的是具挥发性的液体电解质，解决方案之一是使用固体陶瓷电解质替代，此类电解质导电性高、不可燃以及具有足够强大的抗枝晶性。但是，研究人员发现，陶瓷电解质和固体锂阳极之间的接触不足以存储和供应大多数电子产品所需的电量。卡内基梅隆大学化学系博士生Sipei Li和卡内基梅隆大学材料科学和工程系博士生Han Wang制造出一种新型材料，半流体金属阳极，克服了该缺点。

Li和Wang与Matyjaszewski和Jay Whitacre合作，创造出一种双导电聚合物/碳基复合材料，锂微粒在其上面可均匀分布。该碳基复合材料能够在室温下保持流动，从而可与固体电解质进行足够的接触。与使用固体电解质和传统锂箔阳极制成的电池相比，通过将半液态金属阳极与石榴石固体陶瓷电解质结合，能够使此类电池的能量密度高出10倍，从而使此类电池比传统电池的生命循环周期也更长。

日前，科学家们通过研究一种带有氧化铁电极的锂离子电池发现，电池充放电超过100次后产生的损耗，是由氧化锂积累和电解质分解造成的。

研究过程中用到的氧化铁电极，由廉价无毒的磁铁矿制成。比起目前的电极材料，磁铁矿等转换型电极材料（即和锂发生反应时转换为全新产物），可以储存更多的能量，因为它们可以容纳更多锂离子。“然而，这些材料的储能能力衰减非常快，并且依赖于电流密度。例如，我们对磁铁矿的电化学测试显示，磁铁矿的容量在前10个高速充放电周期内急速下降。”此项研究负责人、功能纳米材料中心（CFN）电子显微镜小组的领导Dong Su表示。CFN是设于布鲁克海文国家实验室内的美国能源部科学用户设施办公室。

为了找出循环不稳定的原因，科学家们试图观察，当电池完成100次循环后，磁铁矿的晶体结构和化学性质变化情况。他们结合透射电子显微镜（TEM）和同步X射线吸收光谱（XAS），进行研究。TEM的电子束通过样本传输，产生特征物质的结构图像或衍射图案，XAS利用X射线来探测材料的化学性质。

科学家们利用这些技术发现，第一次放电时，磁铁矿完全分解成金属铁纳米颗粒和氧化锂。但在接下来的充电过程中，这种转化反应并不是完全可逆的，金属铁和氧化锂的残留物仍然存在。此外，磁铁矿原始的“尖晶石”结构在带电状态下演化为“岩盐”结构（在两种结构中，铁原子的位置并不完全相同）。在随后的充放电循环中，岩盐氧化铁与锂相互作用，形成氧化锂与金属铁纳米颗粒的复合物质。因为转化反应不是完全可逆的，这些残余产物会逐渐积累起来。科学家们还发现，电解质（使锂离子在两个电极之间流动的化学介质）在随后的循环中会分解。

在研究结果的基础上，科学家们提出一种储能能力衰退的解释。CFN电子显微镜小组的科学家、共同首席作者Sooyeon Hwang说，“由于氧化锂的电子导电性较低，它的积累会对在电池正负极之间穿梭的电子形成屏障，我们把它叫做内部钝化层。同样，电解质分解也会形成表面钝化层，阻碍离子传导。这些障碍累积起来，阻碍电子和锂离子到达发生电化学反应的活性电极材料。”

科学家们指出，在低电流下运行电池，可以通过减慢充电速度，恢复部分容量为电子传输提供足够的时间；然而，要彻底解决这一问题，还需要其他方案。他们认为，在电极材料中添加其他元素和改变电解质，可以改善容量衰减。
对于电池来讲，内阻不一致的话，就会是他内部的电流电压分配不均匀，从而会导致局部的单个电池出现欠压的一种情况，综合来看的话，影响动力电池组寿命的因素，其实还是非常多的，当然各种因素也都是相互影响着，目前的锂离子动力电池的衰退也是不可避免的情况，随着对动力电池的技术不断的提高，解决电池容量衰退的相关问题用以延长动力电池的使用寿命显得十分重要。当然，这对电动汽车的发展来说也是至关重要的。