對鋰離子電池失效機理的新見解

經過長時間使用后，先進的“富鎳”電池無法滿充電。電極材料老化的原因已被劍橋、利物浦大學以及鉆石光源公司的研究人員所確認。他們的研究結果發表在《Nature Materials》雜志上，這一結果為長壽命電池開發策略指出了方向。

在可預見的未來，鋰離子電池很可能成為電動車市場的主流，而富鎳的鋰、過渡金屬氧化物則是這些電池正極材料的最好選擇。但富鎳材料的老化速率比目前的材料快得多，對于電動車商業化應用還需要進一步研究。通常電子消費品壽命只有幾年，而汽車與此不同，使用時間更久，因此有必要延長汽車電池的壽命。

為了改善其性能，全面、深入地了解其工作原理以及逐漸老化的原因至關重要。為了實時監測電池材料在幾個月內的變化，研究人員利用激光技術制造了一種新的紐扣電池。對于從事長期失效機理研究的許多化學家而言，這種紐扣電池為研究提供了可能。

在研究過程中發現，經過反復充放電，部分正極材料老化，隨著循環次數的增長，老化材料的數量隨之增加。為了尋找老化原因，劍橋大學徐超博士將材料結構研究深入到原子尺度。為了充分發揮材料作用，電池材料隨著鋰離子的進出而膨脹和收縮。使用一段時間后，研究發現材料表面的原子形成了新的結構，失去了儲能能力。更糟糕的是，這些重構的表面區域顯然充當了固定此處其余材料的木樁，令其不能收縮(收縮過程是充滿電所必需的)，結果鋰仍然卡在晶格中，這種老化的材料電荷容量低。基于這種認識，研究人員目前正在尋找有效的對策，如防護涂層和功能性電解質添加劑，來緩解這一退化過程，延長電池壽命。

[靳愛民摘譯自 ScienceDaily，2020-08-25]