鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:552次 | 2022年09月14日
美國(guó)科學(xué)家找到鋰電池壽命變短原因?別逗了!
最近網(wǎng)上一篇叫做《美國(guó)科學(xué)家找到鋰電壽命變短原因》的文章火了,作為一名鋰離子電池行業(yè)的從業(yè)者,多年的相關(guān)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)告訴我,一個(gè)電池結(jié)構(gòu)不同、材料不同、使用條件不同都會(huì)對(duì)電池壽命出現(xiàn)一定的影響,因此當(dāng)有人問(wèn)小編鋰離子電池壽命衰降的原因,小編從來(lái)不敢直接給出答案,必定是問(wèn)過(guò)電池體系、使用制度和條件后才能謹(jǐn)慎的給出推斷,所以當(dāng)小編看到這樣一篇言之鑿鑿的文章確實(shí)大跌眼鏡,嚇得小編趕緊找出這篇文章來(lái)仔細(xì)研究,但是卻發(fā)現(xiàn)這篇文章思維混亂、概念不清,無(wú)奈之下,小編只好到《ScienceAdvance》期刊上找到了這篇文章中所說(shuō)的“美國(guó)科學(xué)家”的研究成果。
網(wǎng)上文章中所宣稱的“美國(guó)科學(xué)家”名叫WeiZhang,怎么聽(tīng)著這么熟悉?沒(méi)錯(cuò),這就是傳說(shuō)中的張偉。這篇文章的題目應(yīng)該翻譯為《鋰離子在嵌入納米顆粒過(guò)程中的局部濃度波動(dòng)現(xiàn)象》,通過(guò)摘要我們了解到這篇文章重要是針對(duì)納米LiFePO4材料的嵌鋰動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)即便是Li+嵌入到納米LiFePO4中時(shí),Li+在納米顆粒內(nèi)部的濃度分布也并不均勻,并且Li+在納米顆粒中的局部濃度還出現(xiàn)了波動(dòng)的現(xiàn)象。
接下來(lái),我們來(lái)看看作者在文中想表達(dá)的觀點(diǎn),作者WeiZhang采用新的技術(shù)手段對(duì)納米LFP顆粒反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)即便是在單個(gè)的納米顆粒中也存在嵌鋰不均勻的現(xiàn)象,并且還存在局部Li濃度波動(dòng)的現(xiàn)象。那么這一發(fā)現(xiàn)有什么用呢?根據(jù)作者的解釋,這一發(fā)現(xiàn)將為研究單納米顆粒內(nèi)Li擴(kuò)散的微觀動(dòng)力學(xué)研究供應(yīng)一個(gè)新的視角。
接下來(lái)小編為大家簡(jiǎn)單介紹一下WeiZhang的研究成果。長(zhǎng)期以來(lái),由于鋰離子電池的封閉式結(jié)構(gòu)和金屬Li的高活潑性,導(dǎo)致對(duì)鋰離子電池的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究非常困難,因此有關(guān)鋰離子電池動(dòng)力學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),要遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于理論發(fā)展的速度。但是近年來(lái),原位觀測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展,讓我們追蹤單個(gè)活性物質(zhì)顆粒內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程成為了可能,下圖為作者觀察Li+在納米LFP顆粒中的嵌入反應(yīng)所使用的方法:1)首先,作者制備了片狀的單晶LFP;2)然后將這些片狀LFP材料組裝在用于TEM觀測(cè)的網(wǎng)狀電極上;3)最后組裝為測(cè)試電池。通過(guò)這一方法可以在TEM觀測(cè)的同時(shí)對(duì)電池進(jìn)行充放電反應(yīng)。
WeiZhang的研究表明在LFP嵌鋰的過(guò)程中,并不是我們通常的以為的材料從FP相轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)FP的兩相反應(yīng),在整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的兩相界面,整個(gè)嵌鋰過(guò)程應(yīng)該是固溶體反應(yīng)過(guò)程。下面的動(dòng)態(tài)圖展示了在3*3nm2的區(qū)域內(nèi),嵌鋰過(guò)程LFP晶體顆粒內(nèi)部的Li濃度的變化(紅色表示高Li濃度,藍(lán)色表示低Li濃度),從反應(yīng)過(guò)程可以看到,開(kāi)始的時(shí)候顯示局部的Li濃度快速升高(0.6-59s),之后Li高濃度的區(qū)域的Li濃度開(kāi)始下降,最終下降到0.1(在121s),隨后整體的Li的濃度開(kāi)始升高,達(dá)到0.7(200s),那些最早開(kāi)始嵌鋰的區(qū)域,反而是最后完成嵌鋰。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
WeiZhang發(fā)現(xiàn)當(dāng)假如將研究區(qū)域進(jìn)一步提高到10*10nm2時(shí),顆粒內(nèi)Li濃度變化的幅度將大幅減弱,當(dāng)進(jìn)一步將研究范圍提高到20*20nm2范圍時(shí),Li濃度波動(dòng)的現(xiàn)象幾乎不可見(jiàn)了,這表明在LFP內(nèi)Li濃度的波動(dòng)必須借助高分辨率的手段才能觀察到,這也是在以往的研究中沒(méi)有觀察到納米LFP顆粒內(nèi)部Li濃度波動(dòng)現(xiàn)象的原因。
WeiZhang的這項(xiàng)工作的重要貢獻(xiàn)還是在發(fā)現(xiàn)即便是在單個(gè)納米顆粒內(nèi)部,仍然存在嵌鋰不均勻的現(xiàn)象,并且局部還存在著Li濃度波動(dòng)的現(xiàn)象,這一點(diǎn)為研究LFP材料的嵌鋰動(dòng)力學(xué)供應(yīng)了新的視角,但作者并沒(méi)有提及這一不均勻現(xiàn)象和Li濃度波動(dòng)現(xiàn)象是否會(huì)對(duì)鋰離子電池的壽命出現(xiàn)顯著的影響。很明顯,《美國(guó)科學(xué)家找到鋰電壽命變短原因》這篇文章曲解了原文的內(nèi)容,存在故意夸大、博人眼球的嫌疑。