据外媒报道,澳大利亚核科学和技术组织(ANSTO)的研究团队利用中子散射技术来了解可充电锂离子电池(LIB)中有害锂结构的形成。
(图片来源:澳大利亚核科学和技术组织)
现在,锂电池广泛应用于电动汽车,但其能量容量仍达不到许多下一代技术的要求。尽管在电池中用纯锂金属代替普通电极有助于提高储能,但锂表面形成的锂微结构可能会造成短路,并导致电池发生故障。研究负责人Vanessa Peterson教授表示:“了解有害锂结构如何以及为何形成,可以防止其形成,最终使人们能够使用这类高能电池,这一点非常重要。”
众所周知,拆解后的电池中存在不同类型的结构,如晶须(whisker)状、苔藓(moss)状和树状枝晶。晶须状枝晶类似于细小的针,苔藓状枝晶看起来像多孔层,而树状枝晶是又长又薄的结构,正是这些“枝晶”结构制造了问题。
Peterson表示:“研究人员使用澳大利亚中子散射中心(Australian Center for Neutron Scattering)的Quokka和Kookaburra仪器,通过小角度和超小角度中子散射(SANS和USANS)技术来研究这些复杂的锂结构。”
这些方法极具洞察力,无需拆解电池即可提供关于电池内部锂结构尺寸和形状的信息。因为电池中包含许多组件,所以可以从不同部分收集SANS和USANS数据,以便单独分离出数据中的锂信息。“借助这些信息,研究人员设计了对称的软包电池,非常适合研究沉积在其中的锂的变化。”
与X射线成像、显微镜或气体吸附等其他方法相比,研究人员利用SANS和USANS提供了一种精确且不太复杂的方法来分析沉积锂的结构。研究还表明,SANS和USANS具有高度敏感性,有助于了解因锂沉积而在锂和电解质之间形成的界面。
Peterson根据测量数据,利用数学模型来量化表面积和这些界面之间的平均距离。她表示:“观察显示,沉积锂的表面面积和界面距离以复杂的方式变化,这取决于电池的使用过程。这些发现为未来的研究打开了大门,有助于探索相关因素如何影响沉积锂的表面积和界面之间的距离,如电流大小、充电时间、锂沉积和溶解的循环过程等因素。对于解决锂离子电池技术中锂枝晶生长的相关挑战,了解这些因素具有重要意义。”