如何改善锂电池容量衰减呢？
来源：宝鄂实业
2019-10-07 14:40
点击量：次
据国外媒体报道，由于其高储能密度，金属氧化物、硫化物和氟化物是电动汽车用锂离子电池的理想电极材料。然而，它们的储能能力迅速下降。最近，科学家们研究了一种具有氧化铁电极的锂离子电池，发现在超过100次充电和放电之后，氧化锂的积累和电解液的分解造成了损失。
研究过程中使用的氧化铁电极由廉价无毒磁铁矿制成。与目前的电极材料相比，磁铁矿等转化电极材料（即与锂反应时转化为新产品）可以储存更多的能量，因为它们可以含有更多的锂离子。”然而，这些材料的储能能力下降很快，并取决于电流密度。例如，我们对磁铁矿的电化学测试表明，磁铁矿的容量在高速充放电的前10个循环中迅速下降。功能纳米材料中心（CFN）电子显微镜组组长、研究负责人董苏说。CFN是美国能源部的科学用户设施办公室，位于H国家实验室。
为了找出循环不稳定的原因，科学家们试图观察100次电池循环后磁铁矿晶体结构和化学性质的变化。他们用透射电子显微镜（tem）和同步x射线吸收光谱（xas）对其进行了研究。TEM电子束通过样品传输以产生特征图像的结构图像或衍射图案。xas用x射线检测材料的化学性质。
利用这些技术，科学家发现磁铁矿在第一次放电过程中被完全分解为铁纳米粒子和氧化锂。然而，在随后的充电过程中，转化反应不是完全可逆的，并且铁和氧化锂的残留物仍然存在。此外，磁铁矿的原始尖晶石结构在带电条件下演化为岩盐结构（铁原子的位置在两种结构中不完全相同）。在随后的充放电循环中，氧化锂与锂相互作用，以形成氧化锂和金属铁纳米粒子的络合物。由于转化反应不完全可逆，这些残余产物会逐渐积累。科学家还发现，电解质，一种使锂离子在两个电极之间流动的化学介质，在随后的循环中分解。
根据研究结果，科学家们提出了储能能力下降的原因。CFN电子显微镜组的科学家兼联合首席作者Sooyeon Hwang说：“因为氧化锂具有低的电子导电性，它的积累将形成一个电子在电池正极和负极之间穿梭的屏障，我们称之为内钝化层。同样，电解液分解会在表面形成一层钝化层，阻碍离子传导。这些障碍物积聚起来，阻止电子和锂离子到达活性电极材料进行电化学反应。
科学家指出，在低电流下运行电池可以通过降低充电速度和恢复部分容量来提供足够的时间来进行电子传输，但是需要其他解决方案来彻底解决这个问题。他们认为，在电极材料中添加其他元素和改变电解液可以改善容量衰减。
