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不起火,，不爆炸！ 高比能,、高安全性鋰電池未來(lái)可期
2022年04月08日 09:38:43
來(lái)源：化工儀器網(wǎng) 作者：羊舌木 點(diǎn)擊量：5656
相信在未來(lái),，鋰電池的一些缺陷也都會(huì)被科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的新方法所填補(bǔ)，盡可能地為社會(huì)帶來(lái)一種趨近于“完美”的能源,。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】當(dāng)今社會(huì),，鋰離子電池已經(jīng)成為我們生活中不可缺少的一部分，無(wú)論是手機(jī),，還是數(shù)碼相機(jī)或是筆記本電腦,，其中都少不了鋰電池的身影。在推動(dòng)碳達(dá)峰碳中和背景下,，加速動(dòng)力系統(tǒng)電動(dòng)化成為新能源汽車發(fā)展的必然趨勢(shì),，而鋰電池同樣也是新能源汽車動(dòng)力系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
由于鋰電池其電壓高,、容量大,、循環(huán)性能好等優(yōu)點(diǎn)而在眾多電池中脫穎而出，成為了相當(dāng)有理想,、有前途的一種電池,。這種電池不但可以反復(fù)充放電，并且可以持續(xù)保持高電容量,。同時(shí),，從我國(guó)市場(chǎng)端來(lái)看，鋰電池是十分適應(yīng)我國(guó)發(fā)展趨勢(shì)的,，充電樁,、換電站已經(jīng)隨處可見,，在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)上的捆綁也讓鋰電獲得了其他產(chǎn)業(yè)所不具備的優(yōu)勢(shì)。
十多年來(lái),，鋰電的能量密度從2倍提升到了3倍,，成本也降低了80%左右。2021年前三季度國(guó)內(nèi)新能源乘用車銷量為182.1萬(wàn)輛,，同比高增超過(guò)200%,。從我國(guó)新能源汽車的普及到呈爆發(fā)式增長(zhǎng)的需求就可以看出國(guó)民對(duì)鋰電的認(rèn)可，且鋰電的發(fā)展已經(jīng)有了趨勢(shì),，這就使鋰電無(wú)法輕易被別的能源所快速取代,。
但其實(shí)，眼下的鋰電池也并非完美,，其安全隱患隨著能量密度的提升日益凸顯,，近些時(shí)間來(lái)，鋰電池的自燃,、爆炸等電池?zé)崾Э噩F(xiàn)象頻頻發(fā)生,，熱失控事故已經(jīng)成為制約鋰離子電池進(jìn)一步推廣與規(guī)模化應(yīng)用的瓶頸問題,，提高電池安全性也成為新能源產(chǎn)業(yè)健康持久發(fā)展的先決條件,。
中科院青島生物能源與過(guò)程研究所固態(tài)能源系統(tǒng)技術(shù)中心一直深耕于構(gòu)建高比能、高安全性鋰電池體系,，他們將揭示電池?zé)崾Э貦C(jī)理和開發(fā)高安全性電池體系設(shè)為關(guān)鍵客體,，并在其中取得了突破性的發(fā)展。他們通過(guò)滴定-質(zhì)譜聯(lián)用的手段,，證明了鋰金屬負(fù)極氫化鋰(LiH)的存在,，并且定量分析出了LiH的積累量與實(shí)際鋰金屬電池的可循環(huán)性呈負(fù)相關(guān)，揭示了鋰金屬電池失效的關(guān)鍵機(jī)理,。
同樣,，在充分總結(jié)電池材料熱穩(wěn)定性及其熱特性基礎(chǔ)上，科研人員提出電池材料(電極材料/電解質(zhì)/添加劑等)之間的熱兼容性對(duì)電池安全性至關(guān)重要,，該團(tuán)隊(duì)通過(guò)原位/非原位耦合手段對(duì)三元高鎳電池(NCM523)失效機(jī)理進(jìn)行了材料-電池層級(jí)的探索,，開創(chuàng)性地在NCM三元電池負(fù)極側(cè)發(fā)現(xiàn)H-離子的存在，且證實(shí)了該組分與電解液具有較差的熱兼容性,，成為誘導(dǎo)電池升溫過(guò)程中鏈?zhǔn)椒艧岱磻?yīng)的主要觸因,。他們還證明了石墨負(fù)極側(cè)產(chǎn)生的H2可穿梭至正極側(cè)，從而加速劇烈放熱行為,，成為引發(fā)電池?zé)崾Э氐年P(guān)鍵觸因,。
不僅如此，固態(tài)能源系統(tǒng)中心科研人員還系統(tǒng)地研究了鋰硫(Li-S)軟包中電解質(zhì)/電極的熱兼容性,、多硫化物穿梭對(duì)電池?zé)岚踩挠绊懸约半娊赓|(zhì)的分解路線,。金屬鋰負(fù)極搭配硫正極的鋰硫電池因其超高的理論能量密度(2500Wh/kg)而成為最具吸引力的電池體系之一，相當(dāng)具有商業(yè)潛力,。該團(tuán)隊(duì)揭示了Li-S電池的放熱鏈?zhǔn)椒磻?yīng),，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)，在Li-S體系中,，硫正極升華,、熔化以及負(fù)極鋰金屬熔融導(dǎo)致正負(fù)極在高溫下發(fā)生串?dāng)_反應(yīng)所致。這項(xiàng)研究對(duì)Li-S體系熱失控路徑的細(xì)致剖析將為構(gòu)建下一代高比能,、高安全性電池體系提供有益啟發(fā),。
無(wú)獨(dú)有偶，加州大學(xué)伯克利分校Gerbrand Ceder教授與三星美國(guó)研究院王琰團(tuán)隊(duì)也關(guān)注到了鋰離子電池的安全問題,，有機(jī)液態(tài)電解液的泄漏和易燃問題一直是鋰離子電池的一個(gè)重大安全隱患,。他們發(fā)現(xiàn)使用無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)替代有機(jī)液態(tài)電解液可以從根本上解決這一問題、提升電池的安全性能,，對(duì)此該團(tuán)隊(duì)成功合成出了一種新型的快離子導(dǎo)體材料LiGa(SeO3)2,，該材料在室溫下的體相鋰離子導(dǎo)率可以達(dá)到0.11 mS/cm。
研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)共頂點(diǎn)骨架結(jié)構(gòu)中鋰離子配位環(huán)境畸變程度更大,，配位環(huán)境的畸變導(dǎo)致了鋰離子穩(wěn)定位點(diǎn)的能量升高,，進(jìn)一步導(dǎo)致了鋰離子遷移活化能的降低，提高了鋰離子的遷移活性,。他們還認(rèn)為,，共頂點(diǎn)結(jié)構(gòu)中鋰離子的遷移位點(diǎn)與高價(jià)陽(yáng)離子距離較遠(yuǎn)，感受到的高價(jià)陽(yáng)離子排斥作用更弱,，這也有利于鋰離子的快速遷移,。這些發(fā)現(xiàn)最重要的意義就在于揭示了氧化物鋰離子導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，這為新型鋰離子導(dǎo)體材料的開發(fā)提供了較為明確的方向,，并且降低了尋找新型固態(tài)電解質(zhì)的門檻,，進(jìn)而有望加速固態(tài)電池的研發(fā)及應(yīng)用。
近日來(lái),，我國(guó)政府部門不斷發(fā)布《“十四五”能源領(lǐng)域科技創(chuàng)新規(guī)劃》,、《關(guān)于推進(jìn)共建“一帶一路”綠色發(fā)展的意見》、《“十四五”生態(tài)保護(hù)監(jiān)管規(guī)劃》等相關(guān)政策條例,，為積極響應(yīng)綠色環(huán)保健康發(fā)展而不斷推陳出新,。這種具備高功率承受力，同時(shí)不論生產(chǎn),、使用和報(bào)廢,，都不含有、也不產(chǎn)生任何鉛,、汞,、鎘等有毒有害重金屬元素和物質(zhì)的綠色環(huán)保電池,，無(wú)疑是十分契合我國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略的。相信在未來(lái),，鋰電池的一些缺陷也都會(huì)被科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的新方法所填補(bǔ),，盡可能地為社會(huì)帶來(lái)一種趨近于“完美”的能源。
(資料參考來(lái)源：科技日?qǐng)?bào),、知網(wǎng))
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