钜大LARGE | 点击量：539次 | 2022年09月05日
减少电池内部阻抗形成!新研究有望给手机等设备带来一场革命
目前正在开发的最新一代锂离子电池有望为手机、电动汽车、笔记本电脑和无数其他设备的供电带来一场革命。这些新电池采用了所有固态、不可燃的组件，与传统的锂离子电池相比，它们更轻、充电时间更长、充电速度更快、使用更安全，因为传统的锂离子电池含有可能起火的凝胶。
然而，像所有的电池一样，固态锂离子电池有一个缺点。由于电化学的相互作用，阻抗可能在电池内积累，限制了电流的流动。美国国家标准与技术研究所（NIST）的研究人员和他们的同事现在已经确定了这种积聚的大部分发生地点。在此过程中，该团队提出了一个简单的重新设计，可以极大地限制阻抗的积累，使电池能够履行其作为下一代电源的作用。
锂离子电池由两个片状终端组成，即阳极（负极）和阴极（正极），被一种称为电解质的离子传导介质隔开(在普通锂离子电池中，电解质是一种凝胶，在固态电池中是一种固体）。在放电过程中，锂离子从阳极通过电解质流向阴极，迫使电子在外部电路中移动，产生为设备供电的电流。
阻抗通常出现在两个电极中的任何一个与电解质的界面上。但要找到确切的位置，需要了解锂离子的分布和每个界面的电压差。
其他团队以前的研究无法明确定位问题区域，因为他们使用的工具是对整个电池的阻抗进行平均化，而不是在设备内的单个位置进行测量。NIST团队，包括来自加州利弗莫尔的桑迪亚国家实验室、华盛顿特区的海军研究实验室和几所大学的合作者，使用了两种互补的方法来研究固态锂离子电池中纳米尺度的阻抗。
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%
其中一种方法，即开尔文探针力显微镜，使用原子力显微镜的尖锐尖端在一个开放的电池的不同层上盘旋，对每个表面上的电压分布进行成像。探针显示，电池内最大的电压下降发生在电解质/阳极界面，表明这是一个高阻抗的区域(如果整个电池具有低阻抗，那么内部电压降会在电池内各处逐渐平稳地变化）。
第二种方法，即中子深度剖析，使用一束在NIST中子研究中心产生的低能量中子来探测锂的纳米级分布和浓度。由于中子深度剖析不会伤害电池，研究人员能够在电池运行时采用这种技术。
当来自光束的低能量中子被电池中的锂吸收时，它们产生了高能带电粒子、阿尔法（4He）和氚（3H）。产生的这些带电粒子的数量以及它们在通过电池的各层后保留的能量表明了电池中不同地方的锂离子浓度。
测量结果显示，锂离子堆积的主要部位，减少了电流的流动，发生在电解质和阳极之间的边界--这也是开尔文探针力显微镜检测到的最大电压下降的部位。
来自NIST和位于CollegePark的马里兰大学纳米中心的团队成员EvgheniStrelcov说，综合来看，开尔文探针力显微镜和中子深度剖析技术的结果明确地表明，大部分阻抗产生于电解质/阳极界面。
研究人员说：这项工作表明，中子深度剖析，结合开尔文探针力显微镜和理论建模，继续推进我们对锂离子电池内部运作的理解。”
在分析他们的发现时，科学家们得出结论，如果在阳极和电解质之间添加其他材料层，他们在界面上发现的阻抗可以大大降低。添加适当的相互粘连的中间层将防止电解质和阳极直接相互作用。这是一个好处，因为当电解质和阳极直接接触时，它们有时会形成一层薄薄的材料，阻碍了离子的传输。
下一步，研究人员希望对界面进行设计，使其具有高的离子和电子传导性。
