俄羅斯研發可視化電池電極層 對鋰離子電池結構擁有新見解
時間:2020-06-10 10:03來源:微鋰電 作者:綜合報道
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在充電和放電鋰離子電池的過程中，有許多過程在起作用，盡管這項技術日益普及，但其中一些過程仍未被完全理解。
觀察這些事件可以找到改善性能的方法，但考慮到鋰離子電池的復雜結構和顯微鏡技術的局限性，這并非易事。
科學家在莫斯科的Skoltech能源科學技術中心開發了一種方法來仔細看看這樣一個過程——形成固體電解質界面（SEI），研究者描述為一個“薄層電解液減少產品表面形成的鋰離子電池陽極在最初的幾個周期。”
根據Skoltech集團的說法，這種薄膜的形成對于減緩電池退化至關重要。然而，現場測量SEI的形成已經被證明是困難的，并且在實驗室用更統一的替代品取代商業電池材料是取得結果的唯一途徑。
“電池級的材料是粉末，通過AFM(原子力顯微鏡)使其表面的動態過程可視化，特別是在液體環境下，是具有挑戰性的，”Skoltech的科學家Sergey Luchkin說。“標準的電池電極對于這樣的測量來說太粗糙了，而且在掃描過程中孤立的粒子往往會從基板上脫落。為了解決這個問題，我們將顆粒嵌入到環氧樹脂中，并做了一個橫截面，這樣顆粒就牢牢地固定在基板上。”
除了高度定向的熱解石墨（一種以前用于研究SEI的較均勻的碳材料之一）外，Skoltech小組還將其橫截面工藝應用于中碳微珠石墨和不可石墨化的非晶碳的電極，使研究人員能夠觀察形成SEI層的厚度，并評估其電氣和機械性能。
將橫斷面方法應用于鋰-錳-鈷陰極，未發現形成SEI層的跡象。根據科學家們的說法，這一結果表明，未來的研究應該承認鋰離子電池陽極和陰極之間的穩定機制的根本差異。
Skoltech教授基思·史蒂文森（Keith Stevenson）說:“電池界面和間相的空間解析研究，在這項工作中有詳細說明，為陽極SEI的結構和演化提供了重要的新見解。因此，他們為合理的電解質設計提供了堅實的指導方針，以提高高性能電池的安全性。”
據微鋰電小組調查，發表在《科學報告》上的研究結果表明，SEI的形成條件因電極材料的不同而顯著不同。發現SEI粘附與電極的表面粗糙度有關。研究發現，粗糙的表面可以迅速減少降解，因為SEI能夠滲透到更多孔的表面，實現更好的附著力。
(責任編輯：子蕊)
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