钜大LARGE | 点击量：352次 | 2023年07月13日
为何锂离子电池能量会随着时间衰退？科学家正试图知道电池SEI层
伯克利实验室科学家的一项最新研究表明，科学家们对锂离子电池最不了解的一个方面，现在已经被一种新的研究方法阐明，为电池性能的重大改进打开了大门。
他们的研究最近发表在《焦耳》杂志上，利用伯克利实验室电池科学家在能源技术领域开发的一项技术来说明电池运行过程中产生的大有机分子的结构。众所周知，这些分子存在于电池的一个称为固体电解质界面（SEI）层的部分，人们对SEI层了解甚少，但它对电池性能有着至关重要的影响。
“这一发现揭示了锂离子电池内部化学成分的一个新维度，为电池电解液系统的合理设计提供了一个新的方向，”主要作者、伯克利实验室能源技术领域的博士后陈芳说。
研究人员使用了一种独特的“电极层析”技术，结合伯克利实验室分子铸造厂的基质辅助激光解吸/电离（MALDI）诊断能力，分离并说明了电池运行过程中产生的大有机分子的结构。电极色谱法允许在电极表面分离有机分子。MALDI通常用于表征蛋白质和肽等生物分子。
这种耦合的方法，首次成功地用于电池研究，是高度可采用的，因为它使用商用仪器。它将使科学家能够精确、快速、方便地识别电池中的分子，包括它们的结构和重量分布。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
该研究通讯作者、电池科学家刘高（音译）说：“设计一个更好的电解液系统将使下一代电池成为可能。目前的电解液系统在环境温度和现有的电池化学成分下工作得非常好。然而，目前的电解液不能很好地与高能量密度电池、高压电池或在极冷和极快充电条件下工作的电池配合使用。”
为什么锂电池能量会随着时间衰退？
法拉第研究所（FaradayInstitution）的博士研究员BeatriceBrowning解释了锂离子电池为何会随着时间的推移而降解，并概述了为延长其寿命而采取的措施。
锂离子电池是可充电电池，可用于各种便携式电子设备，包括电话，笔记本电脑，尤其是电动汽车（EV）。
为了确保认为电动汽车优于传统的汽油/柴油发动机汽车，重要的电池寿命至关重要。最好是，EV电池的寿命至少可以与车辆本身的寿命相媲美，并且许多电池制造商都致力于降低电池质量，以确保确实如此。
智能手机和笔记本电脑的所有者会知道，随着电池的老化和退化，他们需要更频繁地充电，但是要确切知道为什么会这样，则需要对锂离子电池的工作原理有基本的了解。
顾名思义，锂离子电池通过锂离子的移动来工作。在充电和放电过程中，这些锂离子通过两个电极之间的电解质移动。被称为阴极和阳极。
阴极通常由层状的富锂材料制成，其中锂离子（Li离子）位于两层之间。阳极也是一种从阴极接受锂离子的层状材料，通常是锂离子电池中的石墨。锂离子通过称为电解质的导电介质从一个电极移动到另一个电极。
对锂离子电池充电时，存储在阴极中的锂离子会通过电解质移动并进入阳极，从而产生能量为电子设备供电。
当使用由锂离子电池供电的设备时，电池会放电，并且锂离子会从阳极穿过电解质移动回到阴极。锂离子电池的容量是指锂离子穿梭为设备提供的最大能量。
充电周期和寿命
电池充电周期是指电池完全放电并再充电：将电池消耗至0％，再充电至100％等于一个电池充电周期。也可以通过使用50％的电池，再将其充电至100％，然后重复此过程来完成充电周期。
电池完成的循环次数越多，其劣化程度就越大，从而缩短其使用寿命。
对此的解释来自锂离子电池的化学组成，因为这些电池会通过多种化学机理降解。
一种情况是电池中移动锂离子的丢失。这些通常会因与电解液发生的副反应而丢失，从而形成“捕获”游离锂的化合物，从而减少了可在电极之间穿梭的锂离子数量。流动离子的损失降低了电池可以达到的最大容量。
当电极结构因结构紊乱而损坏时，电池寿命会缩短。由于锂离子在电极内外的运动，在循环过程中会出现结构紊乱。
这可以减少电极可以接受的锂离子数量，从而耗尽锂离子电池容量。
电池温度和寿命–常见的误解
对锂离子电池的一个常见误解是，低温会缩短其寿命。
这是因为观察到智能手机在低温下会更快地“死”，但实际上，这对整体电池寿命没有破坏性影响。
凉爽的温度本质上会使电极之间的锂离子穿梭更加缓慢。
这意味着在寒冷的情况下使用智能手机时，锂离子电池产生的电流太低，以致无法满足需求，并且手机突然死机。最终加热到环境温度时，电池可以再次正常工作，而不会造成持久损坏，从而可以正常使用手机。
实际上，锂离子电池的寿命在高温下会缩短。这是因为位于电极之间的电解质会在高温下分解，从而导致电池失去锂离子穿梭能力。
锂离子电池的过充和trick流充电
锂离子电池过度充电是指试图将电流推入充满电的电池的过程，这可能导致其过热并可能着火。
尽管手机/笔记本电脑已充满电，但仍可以插上电话/笔记本电脑，这是因为电池制造商已采取保护措施以防止锂离子电池过度充电。
由于电池管理系统和编程到设备中的保护芯片，一旦设备的电池电量达到100％，LiB将停止从充电器汲取电流。
尽管采取了防止过度充电的措施，但由于称为trick流充电的现象，使锂离子电池供电的设备隔夜插电仍会损害电池的寿命。
trick流充电是指每次设备出现不可避免的充电损耗时，将电池连续充至100％的过程。在100％到100％以下的电荷之间反弹的现象会升高内部锂离子电池温度，从而缩短电池容量和使用寿命。
从本质上讲，锂离子电池从首次使用起就一直在持续退化。
这是电池基本化学作用的结果，它会在运行期间引起不可避免的化学反应，这些化学反应会在电池内部发生。
这些反应会阻碍电池在其整个使用寿命期间保持满电，并且消除电池的挑战性和复杂性。锂离子电池制造商正在努力通过各种方法来延长电池寿命。
电池增强技术的示例包括通过阳离子掺杂（在电极合成过程中添加阳离子以稳定材料）对电极材料进行结构增强，或将添加剂引入电解质等。
正在进行的锂离子电池研究至关重要。随着对锂离子动力汽车的需求增加，对更长电池寿命的需求对于确保电动汽车具有其以化石燃料为动力的竞争对手的寿命至关重要。
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