(圖片來源:阿貢實(shí)驗(yàn)室)
全固態(tài)鋰電池(SSB)采用固態(tài)電解質(zhì),具有不易燃性,在較高的溫度下更加穩(wěn)定,比使用電解液的傳統(tǒng)鋰離子電池更加安全。另外,SSB具有更高的能量密度,體積更小、更耐用,可用于便攜式電子產(chǎn)品和其他應(yīng)用。
據(jù)外媒報(bào)道,最近,波士頓東北大學(xué)(Northeastern University)和美國能源部阿貢國家實(shí)驗(yàn)室(Argonne National Laboratory)的研究團(tuán)隊(duì)對厚電極構(gòu)成如何影響SSB中的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了測試。該團(tuán)隊(duì)采用高級光子源(APS)的資源,這是美國能源部位于阿貢的科學(xué)辦公室用戶設(shè)施。
研究人員將電池比作三明治,其中包括分別位于兩側(cè)的正、負(fù)極,以及中間的隔膜和電解液。當(dāng)電池提供電力時(shí),鋰離子通過電解液從負(fù)極流向正極。SSB不需使用傳統(tǒng)隔膜,而是通過固態(tài)電解質(zhì)隔開正負(fù)極,因此需要較厚的正極。
在這項(xiàng)研究中,該團(tuán)隊(duì)評估由兩種材料構(gòu)成的厚正極,包括一種名為LPSC的硫化物固體電解質(zhì),以及NMC(鎳、錳、鈷)正極活性材料(CAM)。研究人員改變這兩種材料構(gòu)成,一些電池中包括80% CAM和20% LPSC,其他一些電池中包括70% CAM和30% LPSC,或者40% CAM和60% LPSC。然后,他們在APS光束線6-BM-A上使用X射線成像和散射來測量正極和固態(tài)電解質(zhì)中的六個(gè)切片。
研究負(fù)責(zé)人Joshua Gallaway表示:“研究人員將正極分成片,希望所有的薄片都能發(fā)揮同樣的作用。”實(shí)際上,改變正極的構(gòu)成或厚度,可以改變電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的位置。
研究人員對電池中的電化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行了表征。APS物理學(xué)家Okasinski表示:“人們研究電池時(shí),經(jīng)常測量兩端的功率。但是,中間有一堆復(fù)雜的結(jié)構(gòu)決定了電池的性能。使用X線束穿透電池材料,研究人員可以非破壞性研究電池中各個(gè)部分的性能。”
結(jié)果顯示,正極構(gòu)成對電化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生過程具有重大影響。例如,在具有80% CAM正極的SSB中,最靠近負(fù)極的正極片首先發(fā)生反應(yīng),最遠(yuǎn)的薄片反應(yīng)最慢。然而,在具有80% CAM正極的SSB中,最遠(yuǎn)的薄片首先發(fā)生反應(yīng),最近的薄片最后反應(yīng)。Gallaway表示:“反應(yīng)高度不均勻”,可能導(dǎo)致電池材料更快地降解。
研究人員表示,為了設(shè)計(jì)更好的電池,探討電池內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)是重要一步。這些電池可用于電動(dòng)汽車、便攜式電子產(chǎn)品和其他應(yīng)用,“全固態(tài)電池的具體設(shè)計(jì)將決定其應(yīng)用領(lǐng)域,以及未來的優(yōu)化方向。”
原標(biāo)題: 研究人員探討厚電極構(gòu)成對電化學(xué)反應(yīng)的影響 以設(shè)計(jì)更好的固態(tài)電池