中國研究人員開發新型預鋰化技術 提升鋰離子電池的性能
時間:2022-12-29 08:32來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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然而，一氧化硅也存在一系列的缺點，尤其是其固有電導率低，以及在充放電循環過程中會發生巨大的尺寸（體積）變化。高達300%的體積變化，會使負極材料受到損害和脫落，從根本上降低性能。
復旦大學上海分子催化與功能材料重點實驗室（Shanghai Key Laboratory of Molecular Catalysis and Innovative Materials）的電化學家傅正文表示：“如果將一氧化硅與碳結合在一種復合材料中，形成現有石墨負極材料和下一代硅基負極的混合體，可能會取得成功。這種復合材料兼具二者的優點，但仍有許多障礙需要克服。”
碳具有高導電性和結構穩定性，在循環過程中的體積膨脹也小得多，其靈活性和潤滑能力有助于抑制硅的體積膨脹。總體而言，這種復合負極具有良好的容量和高循環性能。
然而，解決一組問題只會產生另一組問題，一氧化硅-碳復合負極的庫侖效率相對較差。在鋰離子電池使用一氧化硅-碳復合負極的第一個循環中，一些鋰與復合材料發生不可逆的反應，從而產生“降解產物”，在負極表面和電解質之間形成固體電解質界面層（SEI）。這種寄生的“鋰化”過程，反過來會導致活性鋰和庫侖效率的損失。
據外媒報道，為了克服這些挑戰，研究人員開發了一種新的“預鋰化”技術，提前在電池中存儲額外的鋰，以補償在電池循環過程中被寄生反應消耗的鋰。其他研究人員也開發過預鋰化技術，通常涉及純金屬鋰、改性金屬鋰或含鋰化合物，這些方法都具有局限性，例如在循環過程中含鋰化合物可能在鋰化后釋放氣體，從而降低負極的性能和電池的整體能量密度。
研究人員稱這項新的預鋰技術為“鋰固態腐蝕”（solid-state corrosion of lithium），用含碳氮氧化磷鋰（LiCPON）組成的固體電解質取代電解液，從而解決這類問題。這樣不僅避免了金屬鋰發生各種不必要的副反應，而且在負極和電解質之間產生了更好的界面。
研究人員通過三種實時觀察電化學反應的不同方法，包括光學成像、電子顯微鏡和X射線衍射，研究固態腐蝕預鋰化過程能否如預期進行。與使用電解液的預鋰化電極相比，這項技術使負極的預鋰化效率提高了近83%。
研究人員已經使用紐扣電池驗證了這一概念，現希望通過工業級電池來演示這一過程。
(責任編輯：子蕊)
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