日本确定锂离子电池树突形成时间 有助于制成不起火的安全电池
时间:2020-10-03 16:01来源:盖世汽车 作者:余秋云
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图片来源：冈山大学
锂离子电池是非常常见的可充电电池，功能多样，且可应用于手机、汽车等各种电子设备中。不过，它也有缺点，与锂离子电池有关的起火事件频发，也引起人们对其是否具有安全性产生担忧。现在，科学家们了解到，可能是因采用了破损或未经授权的充电器造成起火事件。通常，充电器使用不当以及电池过度充电就会导致电池的负极上形成一种尖尖的结构，称为“锂枝晶”（树突），能够穿破负极与正极之间的屏障，导致电池短路。因此，准确地了解到此类树突是如何形成的，对于提高锂离子电池的安全性至关重要。
据外媒报道，日本冈山大学（Okayama University）的科学家在副教授Kazuma Gotoh的带领下，在了解树突如何形成方面迈出了重要一步。他们研究了锂离子电池中树突形成的确切机制，并克服此类限制，从而让锂离子电池能够更好地得到实际应用。
此前有关理解锂枝晶（树突）形成过程的研究在一定程度上是成功的：揭示了当电池过度充电时，在电池循环的过度锂化阶段，就会形成树突。但是，此类实验都是在实际电化学环境之外（非现场原位）进行的，因此没有发现树突开始形成的确切时间。在此次研究中，Gotoh博士与其团队决定克服这一限制。他们认为，通过利用现场原位法（复制电化学环境），应用一种称为核磁共振（NMR）的分析技术，可以精确地跟踪材料内部结构中的锂原子，而此种做法在使用非原位法时根本无法进行。
利用此种方法，该团队曾成功在锂离子电池的过度锂化阶段，观察到石墨电极和硬碳电极（两种负极）的过度充电状态。在新研究中，研究人员在锂化和脱锂过程（电池充放电循环）中，观察到此类电极的状态。NMR分析帮助研究人员追踪过度充电的电池上枝晶（树突）开始形成以及锂开始沉积的确切时间。在石墨电极中，研究人员发现锂枝晶（树突）是在电极完全锂化不久后形成的。在硬碳电极中，研究人员观察到，只有在硬碳的孔隙中出现准金属锂簇后，才会形成枝晶（树突）。因此，研究人员推断，当电池被过度充电时，准金属锂簇的形成对锂枝晶的形成起到缓冲作用。他们甚至对钠离子电池也进行了同样的分析，并发现了类似的结果。Gotoh博士解释道：“我们发现有些内部有孔的碳材料（如无定形碳）在电池过度充电时，可以对锂和钠枝晶的沉积起到缓冲作用，这对于确保锂离子电池和钠离子电池的安全性至关重要。”
Gotoh博士与其团队揭示了锂离子电池和钠离子电池枝晶（树突）的形成机制，对确保电池的安全性提供了有用的见解。事实上，这些科学家对未来可以将此类发现应用于其他类型的可充电电池持乐观态度。Gotoh博士表示：“我们的发现不仅可应用于锂离子电池和钠离子电池，还可用于下一代二次电池，如全固态电池。”
(责任编辑：子蕊)
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