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俄罗斯研发可视化电池电极层 对锂离子电池结构的新见解

TIME : 2020-06-12

导读:莫斯科Skoltech能源科学技术中心的科学家们已经开发出一种方法,可以可视化电池电极层的形成过程。观察结果揭示了各种机制,可以优化,以提高电池性能和运行寿命。


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在充电和放电储能锂电池的过程中,有许多过程在起作用,尽管这项技术日益普及,但其中一些过程仍未被完全理解。


观察这些事件可以找到改善性能的方法,但考虑到锂离子电池的复杂结构和显微镜技术的局限性,这并非易事。


科学家在莫斯科的Skoltech能源科学技术中心开发了一种方法来仔细看看这样一个过程——形成固体电解质界面(SEI),研究者描述为一个“薄层电解液减少产品表面形成的锂离子电池阳极在最初的几个周期。”


根据Skoltech集团的说法,这种薄膜的形成对于减缓电池退化至关重要。然而,现场测量SEI的形成已经被证明是困难的,并且在实验室用更统一的替代品取代商业电池材料是取得结果的唯一途径。


“电池级的材料是粉末,通过AFM(原子力显微镜)使其表面的动态过程可视化,特别是在液体环境下,是具有挑战性的,”Skoltech的科学家Sergey Luchkin说。“标准的电池电极对于这样的测量来说太粗糙了,而且在扫描过程中孤立的粒子往往会从基板上脱落。为了解决这个问题,我们将颗粒嵌入到环氧树脂中,并做了一个横截面,这样颗粒就牢牢地固定在基板上。”


除了高度定向的热解石墨(一种以前用于研究SEI的较均匀的碳材料之一)外,Skoltech小组还将其横截面工艺应用于中碳微珠石墨和不可石墨化的非晶碳的电极,使研究人员能够观察形成SEI层的厚度,并评估其电气和机械性能。


将横断面方法应用于锂-锰-钴阴极,未发现形成SEI层的迹象。根据科学家们的说法,这一结果表明,未来的研究应该承认锂离子电池阳极和阴极之间的稳定机制的根本差异。


Skoltech教授基思·史蒂文森(Keith Stevenson)说:“电池界面和间相的空间解析研究,在这项工作中有详细说明,为阳极SEI的结构和演化提供了重要的新见解。因此,他们为合理的电解质设计提供了坚实的指导方针,以提高高性能电池的安全性。”


据微锂电小组调查,发表在《科学报告》上的研究结果表明,SEI的形成条件因电极材料的不同而显著不同。发现SEI粘附与电极的表面粗糙度有关。研究发现,粗糙的表面可以迅速减少降解,因为SEI能够渗透到更多孔的表面,实现更好的附着力。

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