锂电池的新的内部结构理论化,俄科学家提出新见解。

2020-09-03 08:47 ryder

在锂离子电池的充放电过程是个很复杂的反应过程。它存在多种不同的反应状态。虽然锂离子电池越来越受欢迎并被更多的行业替代并应用,但它们的一些工作原理仍不为人所知。持续观察是提高锂离子电池性能的最好方法之一,但考虑到其结构的复杂性和显微镜的局限性,这并不是个容易事情。
 
 
莫斯科Skoltech能源技术中心的科学家们开发了一种新方法来密切观察某些锂电池中固态电解质中间体(SEI)的形成。研究人员将SEI描述为锂离子电池在几个初始循环过程中,在阳极表面形成的一层薄薄的电解质还原的产物。
 
 
研究人员说,这种膜的形成对减缓锂电池损耗和老化至关重要。然而,对SEI地层的原位测量已被证明是非常困难的,而获得结果的唯一方法是在实验室用更统一的替代材料来取代商用电池材料。就目前来说。这种方法非常局限性。且有很高的操作难度 
 
 
“由于电池的电级的材料通常是粉末状态,通过原子力显微镜(AFM)观察其表面的动态已经给出困难,在液体环境下这个难度将被加大更多,”斯科尔特技术公司的科学家谢尔盖·卢克金说。因为标准电池电极太粗糙,所以根本无法进行此类测量,而且在扫描过程中经常会出现孤立的粒子从基板中分离出来。为了尝试解决这个问题,我们只能把颗粒被嵌入到环氧树脂和横截面中,这样它们就可以固定在检测基板上。”
 
 
除高度定向的热解石墨(这是一种以前用于研究SEI的较均匀的碳材料之一)之外,Skoltech小组还将其截面工艺应用在中碳微珠石墨和不可石墨化的非晶碳的电极,让研究人员观察生成的SEI膜的厚度和评估其电气和机械性能。 

 
结果发现不同的电极材料对SEI的形成条件有很大的影响,而SEI的粘附性与电极表面粗糙度有关。由于SEI可以穿透高孔隙率的表面并获得良好的附着力,粗糙的表面可以促进降解率的降低。
 
 
在对锂锰钴阴极进行截面分析时,未发现SEI层的存在。根据科学家们的研究结果,未来的研究应该认识到阳极和阴极稳定性机制的根本区别。

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