对锂离子电池失效机理的新见解

经过长时间使用后，先进的“富镍”电池无法满充电。电极材料老化的原因已被剑桥、利物浦大学以及钻石光源公司的研究人员所确认。他们的研究结果发表在《Nature Materials》杂志上，这一结果为长寿命电池开发策略指出了方向。

在可预见的未来，锂离子电池很可能成为电动车市场的主流，而富镍的锂、过渡金属氧化物则是这些电池正极材料的最好选择。但富镍材料的老化速率比目前的材料快得多，对于电动车商业化应用还需要进一步研究。通常电子消费品寿命只有几年，而汽车与此不同，使用时间更久，因此有必要延长汽车电池的寿命。

为了改善其性能，全面、深入地了解其工作原理以及逐渐老化的原因至关重要。为了实时监测电池材料在几个月内的变化，研究人员利用激光技术制造了一种新的纽扣电池。对于从事长期失效机理研究的许多化学家而言，这种纽扣电池为研究提供了可能。

在研究过程中发现，经过反复充放电，部分正极材料老化，随着循环次数的增长，老化材料的数量随之增加。为了寻找老化原因，剑桥大学徐超博士将材料结构研究深入到原子尺度。为了充分发挥材料作用，电池材料随着锂离子的进出而膨胀和收缩。使用一段时间后，研究发现材料表面的原子形成了新的结构，失去了储能能力。更糟糕的是，这些重构的表面区域显然充当了固定此处其余材料的木桩，令其不能收缩(收缩过程是充满电所必需的)，结果锂仍然卡在晶格中，这种老化的材料电荷容量低。基于这种认识，研究人员目前正在寻找有效的对策，如防护涂层和功能性电解质添加剂，来缓解这一退化过程，延长电池寿命。

[靳爱民摘译自 ScienceDaily，2020-08-25]