钜大LARGE | 点击量：248次 | 2023年07月14日
一种长效、快速充电的固态锂离子电池
长效、快速充电的电池对扩大电动汽车市场至关重要，但今天的锂离子电池还不能满足需要，它们太重、太贵，而且充电时间太长。
几十年来，研究人员一直试图利用固态锂金属电池的潜力。与传统的锂离子电池相比，固态锂金属电池在相同体积下能储存更多的能量，充电时间更短。
“锂金属电池被认为是电池化学的圣杯，因为它的高容量和能量密度，”哈佛大学约翰·A·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)材料科学副教授XinLi说。“但这些电池的稳定性一直很差。”
现在，Li和他的团队已经设计了一种稳定的锂金属固态电池，它可以在高电流密度下进行至少10000次充放电，比之前演示的循环次数要多很多。研究人员将这种新设计与一种商用的高能量密度阴极材料配对。
这种电池技术可以将电动汽车的寿命延长至汽油汽车的寿命——10到15年，而无需更换电池。由于其高电流密度，该电池可以为10到20分钟内充满电的电动汽车铺平道路。
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%
这项研究发表在《自然》杂志上。
他说:“我们的研究表明，固态电池可能与商用的液体电解质锂离子电池有根本不同。”“通过研究它们的基本热力学，我们可以释放出卓越的性能，利用它们丰富的机会。”
锂金属电池的最大挑战一直是化学。锂电池在充电过程中将锂离子从阴极转移到阳极。当阳极由金属锂制成时，表面形成针状结构，称为树枝状。这些结构像根一样生长在电解液中，刺穿分隔阳极和阴极的屏障，导致电池短路甚至起火。
为了克服这一挑战，李和他的团队设计了一种多层电池，在阳极和阴极之间夹着不同的稳定性材料。这种多层多材料电池不是通过完全阻止锂枝晶的渗透，而是通过控制和遏制它们。
把电池想象成一个BLT三明治。首先是面包--锂金属阳极，然后是生菜--石墨涂层。接下来是一层西红柿--第一种电解质，以及一层培根--第二种电解质。最后是另一层西红柿和最后一块面包--阴极。
第一种电解质（化学名称为Li5.5PS4.5Cl1.5或LPSCI）的锂含量更稳定，但容易出现树枝状的渗透。第二种电解质（化学名称为Li10Ge1P2S12或LGPS）对锂的稳定性较差，但似乎对树突有免疫力。在这种设计中，树枝状物被允许通过石墨和第一种电解质生长，但当它们到达第二种电解质时被阻止。换句话说，树突通过生菜和西红柿生长，但在培根处停止。熏肉屏障阻止了树突穿过并使电池短路。
"我们为了稳定电池而纳入不稳定性的策略感觉是反直觉的，但就像锚可以引导和控制螺丝钉进入墙壁一样，我们的多层设计也可以引导和控制树突的生长，"该论文的共同作者、东南大学的研究生叶璐菡说。Li补充说："不同的是，我们的锚很快就变得太紧了，树突无法钻过，所以树突的生长被停止了。
该电池也是自我修复的；它的化学成分允许它回填树枝状物产生的孔。
李说："这种概念验证设计表明，锂金属固态电池可以与商用锂离子电池竞争，而且我们的多层设计的灵活性和多功能性使它有可能与电池行业的大规模生产程序兼容，将其扩大到商业电池并不容易，仍有一些实际的挑战，但我们相信它们将被克服。"
