导致锂金属电池寿命不长的原因
来源：未知
2019-06-06 10:27
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随着电动汽车、智能手机和无人机等对更高能量密度的锂金属电池的需求增加，SEI的不稳定性成为阻碍锂金属电池发展的关键问题，因为该电池的锂电极表面的一层盐层会将SEI隔离，并且传导锂离子。
作为锂金属电池内最不为人所知的部分，SEI的降解促进了树突的形成。树突是一种针状结构，从电池的锂电极中生长出来，会对电池的性能和安全性产生负面影响。
机械与化学工程教授Wang表示：“这就是为什么锂金属电池寿命不长的原因，界面膜一生长，电池就会不稳定。在该项目中，我们使用了聚合物复合材料来打造更好的SEI。”该项目由化学博士生YueGao领导，研发的增强型SEI是一个反应性聚合物复合材料，由聚合物锂盐、氟化锂纳米颗粒以及氧化石墨烯片组成，新型电池组件的结构就包含一层薄薄的此类材料。
研究人员研发的聚合物能够与锂金属表明形成爪状键合，以无源方式为锂表面提供所需能量，使其不会与电解质中的分子发生反应，而纳米片在复合材料中起到机械屏障的作用，防止锂金属中形成树突。
通过化学和工程设计以及合作，该技术能够在原子水平上控制锂表面。此外，该反应性聚合物还减轻了电池重量、降低了制造成本，进一步促进锂金属电池未来发展。我们可以弄清楚如何稳定电池表面，使真正高容量的电池成为现实。”据Cho所说，高能量密度电池价格很贵的原因是非常不稳定。“电池不断充电时，电池材料会开始降解。释放的能量会让电池温度升高，从而使电池着火，产生电池安全问题。好消息是现在发现，只有电池材料表面是不安全、不稳定的，如果可以解决该问题，就可解决电池安全问题。”
在电池不断的充电和再充电过程中，氧气会从电池材料表面释放出来。在此过程中，锂离子从内部到外部的运输通道可能会被随氧气释放而产生的金属镍粉尘所堵塞。当通道被堵塞时，想要进出电池内外的锂离子将无法转移，从而导致电池容量会快速下降。随着热量的增加，电池起火和爆炸的几率也会增加。
该研究小组认为，此次发现可能会改变制造商生产电池的方式。Cho博士建议，可以在电池表面添加一层经过设计的氧化物涂层。解决电池过热难题，可将电池容量提高20%至30%，改造后的电池可以经受住更长的充电时间。
基于上述新发现，该研究小组表示，已经有业界人士有兴趣与达拉斯分校合作，研发用于电动汽车电池的下一代阴极材料。此外，该研究小组还与美国海军研究实验室（U.S.NavalResearchLaboratory）实验室合作，进行一项后续研究，以提高电池阴极材料的容量和安全性。
作为锂金属电池内最不为人所知的部分，SEI的降解促进了树突的形成。树突是一种针状结构，从电池的锂电极中生长出来，会对电池的性能和安全性产生负面影响。
机械与化学工程教授Wang表示：“这就是为什么锂金属电池寿命不长的原因，界面膜一生长，电池就会不稳定。在该项目中，我们使用了聚合物复合材料来打造更好的SEI。”该项目由化学博士生YueGao领导，研发的增强型SEI是一个反应性聚合物复合材料，由聚合物锂盐、氟化锂纳米颗粒以及氧化石墨烯片组成，新型电池组件的结构就包含一层薄薄的此类材料。
研究人员研发的聚合物能够与锂金属表明形成爪状键合，以无源方式为锂表面提供所需能量，使其不会与电解质中的分子发生反应，而纳米片在复合材料中起到机械屏障的作用，防止锂金属中形成树突。
通过化学和工程设计以及合作，该技术能够在原子水平上控制锂表面。此外，该反应性聚合物还减轻了电池重量、降低了制造成本，进一步促进锂金属电池未来发展。我们可以弄清楚如何稳定电池表面，使真正高容量的电池成为现实。”据Cho所说，高能量密度电池价格很贵的原因是非常不稳定。“电池不断充电时，电池材料会开始降解。释放的能量会让电池温度升高，从而使电池着火，产生电池安全问题。好消息是现在发现，只有电池材料表面是不安全、不稳定的，如果可以解决该问题，就可解决电池安全问题。”
在电池不断的充电和再充电过程中，氧气会从电池材料表面释放出来。在此过程中，锂离子从内部到外部的运输通道可能会被随氧气释放而产生的金属镍粉尘所堵塞。当通道被堵塞时，想要进出电池内外的锂离子将无法转移，从而导致电池容量会快速下降。随着热量的增加，电池起火和爆炸的几率也会增加。
该研究小组认为，此次发现可能会改变制造商生产电池的方式。Cho博士建议，可以在电池表面添加一层经过设计的氧化物涂层。解决电池过热难题，可将电池容量提高20%至30%，改造后的电池可以经受住更长的充电时间。
基于上述新发现，该研究小组表示，已经有业界人士有兴趣与达拉斯分校合作，研发用于电动汽车电池的下一代阴极材料。此外，该研究小组还与美国海军研究实验室（U.S.NavalResearchLaboratory）实验室合作，进行一项后续研究，以提高电池阴极材料的容量和安全性。
