莫斯科Skoltech能源科學(xué)技術(shù)中心的科學(xué)家們已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可以可視化電池電極層的形成過(guò)程。觀察結(jié)果揭示了各種機(jī)制，可以優(yōu)化，以提高電池性能和運(yùn)行壽命。

在充電和放電鋰離子電池的過(guò)程中，有許多過(guò)程在起作用，盡管這項(xiàng)技術(shù)日益普及，但其中一些過(guò)程仍未被完全理解。

觀察這些事件可以找到改善性能的方法，但考慮到鋰離子電池的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和顯微鏡技術(shù)的局限性，這并非易事。

科學(xué)家在莫斯科的Skoltech能源科學(xué)技術(shù)中心開發(fā)了一種方法來(lái)仔細(xì)看看這樣一個(gè)過(guò)程——形成固體電解質(zhì)界面(SEI),研究者描述為一個(gè)“薄層電解液減少產(chǎn)品表面形成的鋰離子電池陽(yáng)極在最初的幾個(gè)周期。”

根據(jù)Skoltech集團(tuán)的說(shuō)法，這種薄膜的形成對(duì)于減緩電池退化至關(guān)重要。然而，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量SEI的形成已經(jīng)被證明是困難的，并且在實(shí)驗(yàn)室用更統(tǒng)一的替代品取代商業(yè)電池材料是取得結(jié)果的唯一途徑。

“電池級(jí)的材料是粉末，通過(guò)AFM(原子力顯微鏡)使其表面的動(dòng)態(tài)過(guò)程可視化，特別是在液體環(huán)境下，是具有挑戰(zhàn)性的，”Skoltech的科學(xué)家SergeyLuchkin說(shuō)。“標(biāo)準(zhǔn)的電池電極對(duì)于這樣的測(cè)量來(lái)說(shuō)太粗糙了，而且在掃描過(guò)程中孤立的粒子往往會(huì)從基板上脫落。為了解決這個(gè)問(wèn)題，我們將顆粒嵌入到環(huán)氧樹脂中，并做了一個(gè)橫截面，這樣顆粒就牢牢地固定在基板上。”

除了高度定向的熱解石墨（一種以前用于研究SEI的較均勻的碳材料之一）外，Skoltech小組還將其橫截面工藝應(yīng)用于中碳微珠石墨和不可石墨化的非晶碳的電極，使研究人員能夠觀察形成SEI層的厚度，并評(píng)估其電氣和機(jī)械性能。

將橫斷面方法應(yīng)用于鋰-錳-鈷陰極，未發(fā)現(xiàn)形成SEI層的跡象。根據(jù)科學(xué)家們的說(shuō)法，這一結(jié)果表明，未來(lái)的研究應(yīng)該承認(rèn)鋰離子電池陽(yáng)極和陰極之間的穩(wěn)定機(jī)制的根本差異。

Skoltech教授基思·史蒂文森（KeithStevenson）說(shuō):“電池界面和間相的空間解析研究，在這項(xiàng)工作中有詳細(xì)說(shuō)明，為陽(yáng)極SEI的結(jié)構(gòu)和演化提供了重要的新見解。因此，他們?yōu)楹侠淼碾娊赓|(zhì)設(shè)計(jì)提供了堅(jiān)實(shí)的指導(dǎo)方針，以提高高性能電池的安全性。”

據(jù)小組調(diào)查，發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》上的研究結(jié)果表明，SEI的形成條件因電極材料的不同而顯著不同。發(fā)現(xiàn)SEI粘附與電極的表面粗糙度有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，粗糙的表面可以迅速減少降解，因?yàn)镾EI能夠滲透到更多孔的表面，實(shí)現(xiàn)更好的附著力。