快速充电降低电动汽车锂离子电池性能:研究

俗话说，欲速则不达。这句格言可能尤其适用于电池，这要感谢一项新的研究，该研究试图找出导致快速充电锂离子电池性能下降的原因电动汽车．

在美国能源部阿2022世界杯决赛竞猜贡国家实验室的一项新研究中，科学家们发现了电池在充电和放电时其中一个电极的有趣化学行为。

锂离子电池包含一个带正电的阴极和一个带负电的阳极，它们被一种叫做电解液的材料隔开，这种材料可以在它们之间移动锂离子。这些电池的阳极通常是由石墨制成的，许多铅笔中也含有这种材料。然而，在锂离子电池中，石墨是由小颗粒组装而成的。在这些粒子内部，锂离子可以插入自己，这个过程被称为插入。当插入正确时，电池可以成功充放电。

该研究指出，当锂离子电池充电过快时，插入就会变得更加棘手。锂离子不是顺利地进入石墨，而是倾向于聚集在阳极表面的顶部，导致“电镀”效应，可能对电池造成终端损伤——不是有意的双关语。

该研究的作者之一、阿贡电池科学家丹尼尔·亚伯拉罕说:“在快速充电时，电镀是电池性能受损的主要原因之一。”“当我们快速给电池充电时，我们发现除了阳极表面的镀层外，电极孔内的反应产物也在增加。”因此，阳极本身会经历某种程度的不可逆膨胀，损害电池性能。

使用一种叫做扫描电子纳米衍射的技术，亚伯拉罕和他来自伊利诺伊大学香槟分校的同事观察到石墨粒子的另一个显著变化。在原子水平上，由于重复快速充能，石墨原子在粒子边缘的晶格发生畸变，阻碍了插层过程。“基本上，我们看到的是石墨中的原子网络变得扭曲，这阻止了锂离子在粒子内部找到它们的‘家’——相反，它们附着在粒子上，”他说。

亚伯拉罕说:“我们给电池充电的速度越快，阳极的原子无序程度就会越高，这最终将阻止锂离子来回移动。”“关键是要找到防止这种组织丢失的方法，或者以某种方式修改石墨粒子，以便锂离子能更有效地嵌入。”

基于这项研究的一篇论文《快速充电锂离子电池阳极的多长度尺度表征揭示了石墨粒子边缘无序增加》发表在10月8日的《电化学学会杂志》上。

除了亚伯拉罕之外，这项研究的其他作者还包括阿贡大学的Marco-Tulio Rodrigues，以及伊利诺伊大学香槟分校的左建民和Saran Pidaparthy。这项研究2022世界杯决赛竞猜由美国能源部科学办公室资助，而Pidaparthy的研究由科学研究生研究办公室(SCGSR)项目资助，该项目旨在帮助研究生为对美国能源部的使命至关重要的STEM职业生涯做好准备。