X射線揭示導(dǎo)致鋰電池材料失效的隱藏特性

時(shí)間:2018-09-21 10:25來(lái)源:材料科技在線 作者:綜合報(bào)道
點(diǎn)擊: 次

        在過(guò)去的三十年中，通過(guò)對(duì)以鋰離子的往復(fù)運(yùn)動(dòng)而進(jìn)行循環(huán)充放電的鋰離子電池的升級(jí)研究，從而使得更小的設(shè)備能夠更快地運(yùn)行并顯著的延長(zhǎng)了使用壽命。
 
        現(xiàn)如今，來(lái)自美國(guó)能源部SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室和勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的X射線實(shí)驗(yàn)表明，鋰離子運(yùn)行的理論要比想象復(fù)雜得多。通過(guò)糾正對(duì)材料的固有假設(shè)，將有助于我們改善電池設(shè)計(jì)，進(jìn)而產(chǎn)生新一代鋰離子電池。
 
        由SLAC斯坦福材料與能源科學(xué)研究所的William Chueh教授領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)今天在Nature Materials上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。
 
        麻省理工學(xué)院教授，該研究的另一位負(fù)責(zé)人Martin Bazant說(shuō)：“以前，對(duì)于他們的研究有點(diǎn)像盲人摸象，你可以看到材料效果很好，某些添加劑似乎也有所幫助，但你無(wú)法確切知道鋰離子在這個(gè)過(guò)程的位置。你只能嘗試開(kāi)發(fā)一種理論并從測(cè)量中反向應(yīng)用。憑借新的儀器和測(cè)量技術(shù)，我們開(kāi)始對(duì)這些事物的實(shí)際運(yùn)作方式進(jìn)行更嚴(yán)格的科學(xué)理解。”
 
        ‘爆米花效應(yīng)'
 
        任何乘坐電動(dòng)公交車或者使用其他電動(dòng)工具的人都可以從他們的這項(xiàng)研究中獲得好處。它可用于帶內(nèi)燃機(jī)的汽車的啟停裝置，以及電網(wǎng)中風(fēng)能和太陽(yáng)能的存儲(chǔ)應(yīng)用。更好地了解這種材料和其他類似材料可以帶來(lái)更快速充電、更持久和更耐用的電池。
 
        當(dāng)鋰離子電池進(jìn)行充放電時(shí)，鋰離子從液體溶液中流入固體儲(chǔ)存器。但是一旦進(jìn)入固體，鋰就會(huì)重新排列，有時(shí)會(huì)使材料分裂成兩個(gè)不同的階段，就像混合在一起時(shí)油和水分離一樣。這就會(huì)導(dǎo)致Chueh教授所說(shuō)的“爆米花效應(yīng)”。離子聚集成熱點(diǎn)，最終會(huì)縮短電池壽命。
 
        在這項(xiàng)研究中，研究人員使用兩種X射線技術(shù)來(lái)探索鋰離子電池的內(nèi)部工作原理。在SLAC的斯坦福同步輻射光源(SSRL)上，他們從磷酸鐵鋰樣品中反射X射線，以顯示其原子和電子結(jié)構(gòu)，讓他們了解鋰離子在材料中的移動(dòng)方式。在伯克利實(shí)驗(yàn)室的高級(jí)光源(ALS)中，他們使用X射線顯微鏡來(lái)放大過(guò)程，使他們能夠繪制鋰離子濃度隨時(shí)間變化的情況。
 
        向上游進(jìn)發(fā)
 
        之前，研究人員認(rèn)為磷酸鐵鋰是一維導(dǎo)體，這意味著鋰離子只能通過(guò)大部分材料向一個(gè)方向傳播，就像鮭魚(yú)游向上游一樣。
 
        但是在篩選他們的數(shù)據(jù)時(shí)，研究人員注意到鋰離子在材料表面上的移動(dòng)方向完全不同于以前的模型。就好像有人向溪流表面上扔了一片葉子，發(fā)現(xiàn)水流動(dòng)的方向與鮭魚(yú)游泳的方向完全不同。
 
        他們與英國(guó)巴斯大學(xué)化學(xué)教授Saiful Islam合作開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)模型進(jìn)行系統(tǒng)模擬。這些研究揭示了鋰離子在材料表面上沿另外兩個(gè)方向移動(dòng)，使得磷酸鐵鋰成為三維導(dǎo)體。
 
        “事實(shí)證明，這些額外的途徑對(duì)材料來(lái)說(shuō)是有問(wèn)題的，這將會(huì)促使爆米花般的行為失敗，如果鋰離子可以在材料表面上移動(dòng)得更慢，那么它將使電池更均勻。這是開(kāi)發(fā)更高性能和更持久電池的關(guān)鍵。”Chueh教授說(shuō)道。
 
        電池工程的新領(lǐng)域
 
        盡管過(guò)去二十年來(lái)對(duì)磷酸鐵鋰的研究一直存在，但直到幾年前我們才能在納米級(jí)和電池運(yùn)行期間研究它。
 
        “這解釋了這種材料的重要特性是如何被長(zhǎng)期忽視的，隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，人們總會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新的有趣的材料，這些材料會(huì)讓你對(duì)它們的看法有所不同。”李益陽(yáng)(音)說(shuō)到，他曾在斯坦福大學(xué)和SLAC做研究生和博士后實(shí)驗(yàn)工作。
 
        李益陽(yáng)(音)說(shuō)到：“我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)并開(kāi)發(fā)了一些最好的散裝材料，同時(shí)，我們也看到鋰離子電池技術(shù)仍在以非常顯著的速度發(fā)展：它們變得越來(lái)越好。我們正在建立一個(gè)重要的知識(shí)基礎(chǔ)，可以把這項(xiàng)基礎(chǔ)知識(shí)認(rèn)知添加到電池工程師的工具包中，這樣更有利于他們開(kāi)發(fā)更好的材料。“
 
        跨越不同的尺度
 
        為了跟進(jìn)這項(xiàng)研究，研究人員將繼續(xù)將建模、模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，嘗試通過(guò)SLAC的Linac相干光源或LCLS等設(shè)施，了解更多不同長(zhǎng)度和時(shí)間尺度的電池性能的基本問(wèn)題。他們使用的LCLS，能夠探測(cè)在時(shí)間尺度上發(fā)生的單個(gè)離子躍變，其速度可達(dá)一萬(wàn)億分之一秒。
 
        Chueh教授說(shuō)：“開(kāi)發(fā)鋰離子電池技術(shù)的障礙之一是涉及的長(zhǎng)度和時(shí)間范圍都很大。關(guān)鍵過(guò)程可能會(huì)在瞬間也可能在多年內(nèi)發(fā)生。研究的路徑是需要將這些過(guò)程映射到原子運(yùn)動(dòng)的長(zhǎng)度。在SLAC，我們正在研究所有的電池材料，我們確信通過(guò)將建模和實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，最終能幫助我們理解更多的電池運(yùn)行方面的基礎(chǔ)知識(shí)。”
 
(責(zé)任編輯：admin)
文章標(biāo)簽： 新能源汽車 鋰電池材料
作者：綜合報(bào)道 ，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明出處：http://jzr14e.cn/shushuo/cl/2018092126331.html
看完這篇還不夠？如果你也也是同行業(yè)需要發(fā)布您的新聞報(bào)道，請(qǐng) 戳這里 告訴我們！
免責(zé)聲明：本文僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，與中國(guó)電池聯(lián)盟無(wú)關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本網(wǎng)證實(shí)，對(duì)本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實(shí)性、完整性、及時(shí)性本站不作任何保證或承諾，請(qǐng)讀者僅作參考，并請(qǐng)自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。
凡本網(wǎng)注明 “來(lái)源：XXX（非中國(guó)電池聯(lián)盟）”的作品，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問(wèn)題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的，請(qǐng)?jiān)谝恢軆?nèi)進(jìn)行，以便我們及時(shí)處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜歡

  • 鋰電池材料構(gòu)成主要有哪些？鋰電池四大主要材料簡(jiǎn)單介紹

    鋰電池 是一類由鋰金屬或鋰合金為正/負(fù)極 材料 、使用非水電解質(zhì)溶液的 電池 。由于鋰金屬的化學(xué)特性非�；顫�，使得鋰金屬的加工、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 鋰電 池已經(jīng)成為了主流。 一、鋰電池材料構(gòu)成主要有哪些 碳負(fù)極材料：
    2023-01-20 08:22
    		•

  • 2021年9月新能源鋰電池材料產(chǎn)量解析

    碳酸鋰： 2021年9月中國(guó)主要的碳酸鋰生產(chǎn)企業(yè)合計(jì)產(chǎn)量為2.231萬(wàn)噸，環(huán)比減少2.41%。 本月主流企業(yè)維持穩(wěn)定生產(chǎn)，江蘇產(chǎn)線產(chǎn)量稍有影響，鹽湖產(chǎn)量環(huán)比有所下滑，增加一家企業(yè)樣本。 2021年10月中國(guó)碳酸鋰預(yù)估產(chǎn)量2.3萬(wàn)噸，環(huán)比增加3.09%。預(yù)計(jì)江蘇10月份生產(chǎn)
    2021-10-15 15:06
    		•

  • 凜冬已至，回首2018，鈷鋰難嗎?

    每到年底，都有一些年末爆款的文章橫空出世，助興大家年末的焦慮。果然，這兩天一篇刷屏爆款《2018，為何如此艱難》出來(lái)了，用一貫的套路，羅列了幾個(gè)行業(yè)的各種不容易，激起共鳴。
    2018-12-17 11:13
    		•

  • 擔(dān)憂掣肘新能源發(fā)展，談“鈷”無(wú)須色變

    看到近期的一則信息 “剛果暫�！挕隹�，動(dòng)力電池價(jià)格或大漲….”，盡管是預(yù)測(cè)性判斷，但頗有談“鈷”色變的味道。
    2018-11-19 14:50
    		•

  • 融捷股份旗下“亞洲最大鋰礦”礦脈有望復(fù)產(chǎn)

    因坐擁“亞洲最大鋰輝石礦山”——康定甲基卡鋰輝石礦山其中某礦脈，融捷股份又被冠以“亞洲鋰王”的稱號(hào)。然而因相關(guān)糾紛影響，甲基卡鋰礦此前一直處于停產(chǎn)狀態(tài)。11月6日午間，據(jù)融捷股份公告，目前已與相關(guān)方面達(dá)成初步共識(shí)，在簽署正式文件后，甲
    2018-11-08 15:29
    		•

  • 鋰電池材料產(chǎn)量三季度數(shù)據(jù)發(fā)布 電池隔膜增產(chǎn)60% 正極材料增產(chǎn)40%

    相較于上半年，三季度的鋰電池原材料生產(chǎn)情況有所好轉(zhuǎn)，但同比去年來(lái)說(shuō)增速不明顯，全年生產(chǎn)情況較為平滑，淡旺季概念弱化。
    2018-10-29 16:29
    		•

  • 科學(xué)家開(kāi)發(fā)新型燃料電池催化劑 性能和耐久遠(yuǎn)超美國(guó)能源部2020年目標(biāo)

    　　阻礙環(huán)保氫燃料電池廣泛應(yīng)用于汽車、卡車和其他車輛的一個(gè)因素是鉑催化劑的成本。
    2018-10-19 13:52
    		•

  • 美對(duì)華2000億關(guān)稅來(lái)襲，鋰鹽行業(yè)是否受影響？

    近日，美國(guó)宣布自9月24日起對(duì)2000億美元中國(guó)輸美產(chǎn)品加征10％的關(guān)稅，進(jìn)而還要采取其他關(guān)稅升級(jí)措施。對(duì)此商務(wù)部新聞發(fā)言人在講話中稱：“為了維護(hù)自身正當(dāng)權(quán)益和全球自由貿(mào)易秩序，中方將不得不同步進(jìn)行反制。”
    2018-09-20 10:55
    		•

  • 鈷價(jià)出現(xiàn)止跌回升信號(hào)

    　　鈷價(jià)自4月沖高回落后不斷下調(diào)，截至7月16日，國(guó)內(nèi)電解鈷報(bào)價(jià)為53.5萬(wàn)至54.5萬(wàn)元/噸，較4月高位時(shí)65.5萬(wàn)至67.5萬(wàn)元/噸的均價(jià)跌去10多萬(wàn)元/噸。但最近市場(chǎng)消息顯示，鈷產(chǎn)品市場(chǎng)報(bào)價(jià)出現(xiàn)異動(dòng)。
    2018-07-18 09:59
    		•

  • 三元鋰電池材料配方迎革新

    　　近日，日本電池供應(yīng)商松下宣布，將研發(fā)無(wú)鈷車用級(jí)電池。隨著電動(dòng)汽車市場(chǎng)持續(xù)火爆，其核心部件動(dòng)力電池也是“水漲船高”，目前的主流電池——三元鋰電池需求量持續(xù)增長(zhǎng)。
    2018-07-04 11:29
    		•
專題
相關(guān)新聞

  • 鋰電池材料構(gòu)成主要有哪些？鋰電池四大主要材料簡(jiǎn)單介紹

    鋰電池 是一類由鋰金屬或鋰合金為正/負(fù)極 材料 、使用非水電解質(zhì)溶液的 電池 。由于鋰金屬的化學(xué)特性非�；顫姡沟娩嚱饘俚募庸�、保存、使用，對(duì)環(huán)境要求非常高。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展， 鋰電 池已經(jīng)成為了主流。 一、鋰電池材料構(gòu)成主要有哪些 碳負(fù)極材料：
    2023-01-20 08:22

  • 2021年9月新能源鋰電池材料產(chǎn)量解析

    碳酸鋰： 2021年9月中國(guó)主要的碳酸鋰生產(chǎn)企業(yè)合計(jì)產(chǎn)量為2.231萬(wàn)噸，環(huán)比減少2.41%。 本月主流企業(yè)維持穩(wěn)定生產(chǎn)，江蘇產(chǎn)線產(chǎn)量稍有影響，鹽湖產(chǎn)量環(huán)比有所下滑，增加一家企業(yè)樣本。 2021年10月中國(guó)碳酸鋰預(yù)估產(chǎn)量2.3萬(wàn)噸，環(huán)比增加3.09%。預(yù)計(jì)江蘇10月份生產(chǎn)
    2021-10-15 15:06

  • 凜冬已至，回首2018，鈷鋰難嗎?

    每到年底，都有一些年末爆款的文章橫空出世，助興大家年末的焦慮。果然，這兩天一篇刷屏爆款《2018，為何如此艱難》出來(lái)了，用一貫的套路，羅列了幾個(gè)行業(yè)的各種不容易，激起共鳴。
    2018-12-17 11:13

  • 擔(dān)憂掣肘新能源發(fā)展，談“鈷”無(wú)須色變

    看到近期的一則信息 “剛果暫�！挕隹�，動(dòng)力電池價(jià)格或大漲….”，盡管是預(yù)測(cè)性判斷，但頗有談“鈷”色變的味道。
    2018-11-19 14:50

  • 融捷股份旗下“亞洲最大鋰礦”礦脈有望復(fù)產(chǎn)

    因坐擁“亞洲最大鋰輝石礦山”——康定甲基卡鋰輝石礦山其中某礦脈，融捷股份又被冠以“亞洲鋰王”的稱號(hào)。然而因相關(guān)糾紛影響，甲基卡鋰礦此前一直處于停產(chǎn)狀態(tài)。11月6日午間，據(jù)融捷股份公告，目前已與相關(guān)方面達(dá)成初步共識(shí)，在簽署正式文件后，甲
    2018-11-08 15:29

  • 鋰電池材料產(chǎn)量三季度數(shù)據(jù)發(fā)布 電池隔膜增產(chǎn)60% 正極材料增產(chǎn)40%

    相較于上半年，三季度的鋰電池原材料生產(chǎn)情況有所好轉(zhuǎn)，但同比去年來(lái)說(shuō)增速不明顯，全年生產(chǎn)情況較為平滑，淡旺季概念弱化。
    2018-10-29 16:29

  • 科學(xué)家開(kāi)發(fā)新型燃料電池催化劑 性能和耐久遠(yuǎn)超美國(guó)能源部2020年目標(biāo)

    　　阻礙環(huán)保氫燃料電池廣泛應(yīng)用于汽車、卡車和其他車輛的一個(gè)因素是鉑催化劑的成本。
    2018-10-19 13:52

  • 美對(duì)華2000億關(guān)稅來(lái)襲，鋰鹽行業(yè)是否受影響？

    近日，美國(guó)宣布自9月24日起對(duì)2000億美元中國(guó)輸美產(chǎn)品加征10％的關(guān)稅，進(jìn)而還要采取其他關(guān)稅升級(jí)措施。對(duì)此商務(wù)部新聞發(fā)言人在講話中稱：“為了維護(hù)自身正當(dāng)權(quán)益和全球自由貿(mào)易秩序，中方將不得不同步進(jìn)行反制。”
    2018-09-20 10:55
本月熱點(diǎn)
歡迎投稿
聯(lián)系人：王女士
Email：cbcu#cbcu.com.cn
發(fā)送郵件時(shí)用@替換#
電話：010-56284224
在線投稿
微信公眾號(hào)