當(dāng)鋰離子電池充電過快時(shí)，金屬鋰沉積在陽極上。這會(huì)降低電池容量和使用壽命，甚至?xí)茐碾姵亍？茖W(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)提出了一個(gè)有史以來第一次允許直接研究這種所謂的鋰電鍍工藝。這為快速充電策略提供了新的策略。

當(dāng)鋰離子電池充電過快時(shí)，金屬鋰沉積在陽極上。這會(huì)降低電池容量和使用壽命，甚至?xí)p壞電池。慕尼黑工業(yè)大學(xué)和FürschungszentrumJülich的科學(xué)家們現(xiàn)在已經(jīng)提出了一個(gè)有史以來第一次允許直接調(diào)查這個(gè)所謂的鋰電鍍工藝。這為快速充電策略提供了新的策略。

鋰電鍍，在鋰離子電池的陽極處沉積金屬鋰是限制充電電流的主要因素之一。這些金屬沉積物的電池性能受到很大的影響。在極端情況下，這可能導(dǎo)致短路甚至電池著火的危險(xiǎn)。

當(dāng)給電池充電時(shí)，帶正電的鋰離子通過液體電解質(zhì)并沉積在多孔石墨陽極中。然而，電流越大，溫度越低，鋰離子將不會(huì)如期望的那樣沉積在電極內(nèi)，而是作為外表面上的固體金屬層沉積的可能性越大。

間接證據(jù)不符合目標(biāo)

盡管這種現(xiàn)象基本上是眾所周知的，但很多方面仍然籠罩在神秘的面紗之中。到目前為止，不可能直接觀察鋰電鍍?nèi)绾我约霸诤畏N情況下發(fā)生。Jülich能源與氣候研究所的Josef Granwehr博士解釋說：“使用傳統(tǒng)的顯微鏡方法，事實(shí)上我們只能觀察電池，因?yàn)樗枰虚_。在這個(gè)過程中，扭曲結(jié)果的進(jìn)一步反應(yīng)成為不可避免的。”

即使高度發(fā)展的過程，如中子散射，也只允許間接分析。使問題變得復(fù)雜的是，研究堆和大型粒子加速器的可用測(cè)量槽缺乏。這使得這些工具比單調(diào)乏味，實(shí)用的測(cè)試系列更適合基礎(chǔ)調(diào)查。

電子顯示的方式

另一方面，科學(xué)雜志《今日材料》中介紹的電子順磁共振（EPR）光譜學(xué)過程可以很容易地整合到實(shí)驗(yàn)室程序中 - 只需要適度的投資。該方法類似于已知的核磁共振（NMR）光譜學(xué)，盡管集中在電子自旋而不是原子核。

Granwehr解釋說：“電子被放置在外部施加的靜態(tài)磁場(chǎng)中。樣品中的不成對(duì)電子使用微波“發(fā)出”。在磁場(chǎng)中，這些激發(fā)電子翻轉(zhuǎn)，這可以通過相關(guān)的微波輻射強(qiáng)度下降來測(cè)量。EPR可區(qū)分嵌入在石墨陽極中的金屬鋰和鋰。

測(cè)試單元是關(guān)鍵

主要作者Johannes Wandt博士解釋說：“使用EPR檢測(cè)鋰電鍍的關(guān)鍵是構(gòu)建符合EPR光譜學(xué)要求的測(cè)試電池，同時(shí)顯示出良好的電化學(xué)性能。幾何形狀也很重要，精確的測(cè)量結(jié)果取決于樣品暴露在磁場(chǎng)中，而不是不可避免地存在的電場(chǎng)。”

為了確保這一點(diǎn)，Wandt在TUM技術(shù)電化學(xué)主席Hubert A. Gasteiger教授組成的博士候選人中開發(fā)了一個(gè)棒狀電池，可以直接以定量的精確度形成金屬鋰。

快速充電的正確策略

Rüdiger-A說：“使用這一工藝，現(xiàn)在是第一次有可能以與所有應(yīng)用相關(guān)的不同方式研究鋰電鍍及相關(guān)工藝。尤里克能源與氣候研究所所長Eichel說。

Rüdiger-A解釋說：“一個(gè)例子就是安全的同時(shí)快速充電協(xié)議的發(fā)展。我們的工藝可以確定鋰電鍍前的最大充電電流，以及確定其他邊界條件，如溫度和電極幾何形狀的影響。”

除此之外，該方法非常適合作為各種電池材料的測(cè)試程序，例如開發(fā)抑制鋰電鍍的新型外加劑。

該研究由德國聯(lián)邦教育和研究部在ExZellTUM II項(xiàng)目和巴伐利亞州經(jīng)濟(jì)事務(wù)和媒體，能源和技術(shù)部的EEBatt項(xiàng)目范圍內(nèi)資助。EEBatt項(xiàng)目是慕尼黑工程學(xué)院（MSE）協(xié)調(diào)的“TUM.Energy”優(yōu)先項(xiàng)目的一部分。