科学家探索将锂离子电池推得太远的危害[视频]

时间:2020-01-26 20:47 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

科学家探索将锂离子电池推得太远的危害[视频]

莱斯工程师发现过多的故意缺陷会导致电池的阴极失效。

电池的故意缺陷给莱斯大学的科学家们打开了一扇窗,让他们得以了解锂离子电池使用过远的危害。

发表在《材料化学学报》(Journal of materials Chemistry A)上的最新模拟结果显示,在广泛使用的磷酸铁锂阴极中,应力过大会导致电池开裂并迅速降解。

这项工作扩展了莱斯最近的研究,该研究表明,在组成阴极的粒子中添加缺陷可以帮助锂更有效地移动,从而将电池性能提高两个数量级。

莱斯大学材料科学家建立的三维模型显示了快速放电的去硫化磷酸铁锂阴极的相位演化。fingerlike&rdquo的;形状给系统增加了压力,研究人员怀疑这会导致阴极产生裂纹,从而使电池退化。资料来源:中尺度材料科学小组/莱斯大学

但该实验室随后的建模研究揭示了一个警告。在快速充放电的压力下,缺陷阴极有破裂的危险。

“传统的设想是锂均匀地进入阴极,富含锂的区域平滑地扩展到阴极的中心,”唐说,他是莱斯布朗工程学院材料科学和纳米工程的助理教授。

但在另一个实验室拍摄的x光图像显示了其他一些东西。“他们在富锂和贫锂地区之间发现了一条手指状的分界线,就像你把水注入石油一样。”他说。“我们的问题是,这是什么原因造成的?”

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唐说,问题的根源似乎是压力使原本平坦的边界变得不稳定,并使其变得波浪状。边界形状的变化进一步增加了应力水平,触发了裂纹的形成。唐的团队的研究表明,这种不稳定性可以通过一种叫做反位的电池化合物的常见类型的缺陷来增加,在这种缺陷中,铁原子占据了晶体中锂原子应该占据的位置。

“正如我们在上一篇论文中所展示的,反位可能是一件好事,因为它们加速了锂的插入动力学,”唐说:“但我们在这里发现了一个反效果:粒子中太多的反位促使移动的界面变得不稳定,从而产生更多的压力。”

唐认为,在阴极中有一个最佳的反位数量:足以提高性能,但太少而导致不稳定。“你想要有一个合适的缺陷水平,这将需要一些尝试和错误,以找出如何通过退火粒子达到合适的数量,”他说。“我们认为我们的新预测可能对实验者有用。”

参考文献:磷化铁锂的三维相演化和应力诱导的非均匀Li插层行为杨凯琦、唐明,2019年12月19日,材料化学学报。

DOI: 10.1039 / C9TA11697D

美国能源部(DOE)支持了这项研究。模拟是在德克萨斯大学德州高级计算中心和美国能源部国家能源研究科学计算中心的超级计算机上进行的。

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