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锂电池也能安全与容量兼备,研究指出极材料表面才是关键

发布于2019-03-14 15:54:27,锂电池也能安全与容量兼备,研究指出极材料表面才是关键,Kotoo科技新闻网(http://www.kotoo.com)
 

锂电池也能安全与容量兼备,研究指出极材料表面才是关键

为了提高锂离子电池的安全性,科学家至今已尝试多种方法,像是开发新电极材料亦或是换成固态电解质,但现在美国科学家有了新发现,若要打造耐热防爆的电池,其实跟电池材料内部没有多大关系,正极材料表面的稳定性才是一大关键。

锂离子电池广泛应用在智能手机、笔记型电脑与电动车,人们生活必不可少的重要设备都需要它,但锂电池也存有缺点,当电池受到撞击、过充、电流过大或是故障,运作温度可能就会超过工作温度范围,并引起热失控(thermal runaway),进而产生起火自爆的风险。

因此各方科学家一直都在寻找过热的问题根源,试图降低电池危险性,就好比有些科学家从开发固态电解质与缓解锂晶枝着手,其中锂活性强,在充放电过程中容易沉积锂离子,电极表面会因为沉积不均匀形成树枝状锂晶枝,这些晶枝容易刺穿绝缘层,最终导致故障电池起火。

而此次美国德州大学达拉斯分校则带来全新的见解,他们经过种种材料模拟、合成与表征测试以及电池性能检验后,最终发现锂离子电池过热根源并不在材料内部,德州大学达拉斯分校材料科学与工程教授 Kyeongjae Cho 表示,正极材料的表面才是问题所在,提高材料表面稳定性才可以打造高容量又安全的电池。

▲ 锂离子电池正极材料粉末的表面(Source:德州大学达拉斯分校)

研究指出,基本上电池在重复充放电的同时,材料也在衰退,电池释放能量时更会与产生热,当释放过多热量与能量,电池就会引起火灾,Cho 认为,只有电池材料表面会有不稳定与不安全的疑虑,假如可以找出问题所在,科学家就能缓解电池的安全疑虑。

锂离子电池主要由正极、负极、隔离膜与电解质构成,锂离子则透过电解质在电极两端游移,其中电池在充放电时,电池材料表面会释放氧气并产生镍粉尘,使锂离子传递过程受阻,这就会让电池容量快速下滑,且随着热量不断增加,起火与爆炸的可能性也会同时提高。

对此,Cho 建议,可以在电池材料表面添加氧化物涂层,重新建构电池的结构与制程,虽然可以想见研究与实验所耗费时间会相当长,但这是解决锂电池安全问题的方法之一。

研究员则指出,这有机会让电池容量提高 20-30%。

  • Researchers Discover the Key to Safer Batteries Lies on the Surface

(首图来源:shutterstock)

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