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韩国研发创新电池工艺 有助于延长电动汽车的续航里程

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58京牌 当电池充满电时,电子设备通常会显示拥有100%的电量。但是,由于锂离子电池在电池生产的稳定(形成)阶段的首次充电中就会产生永久性损失,通常100%的电量只代表电池可存储的理论能量密度为70%至90%。如果能够阻止锂离子电池在首次充电时产生损耗,就可以大幅增加(EV)的续航里程以及智能手机的使用时间。

研究参数(图片来源:KIST)

,为了克服这一问题,韩国科学技术研究院(KIST)与能源存储研究中心、能源材料研究中心以及氢燃料电池研究中心组成了联合小组,研发了一种电极预处理溶液,能够最大限度地减少石墨硅氧化物(SiOx)复合阳极中的初始锂离子电池损耗。在浸入溶液之后,由50%石墨硅氧化物制成的阳极的锂离子损耗几乎可以忽略不计,从而可以让整个电池实现接近理想的能量密度。

虽然大部分商用锂电池都采用石墨制阳极,但是石墨硅氧化物的容量是石墨的5至10倍,因此被认为是下一代阳极材料。不过,石墨硅氧化物消耗的活性锂是石墨的三倍。因此,由石墨与石墨硅氧化物混合制成复合电极作为下一代实用阳极而获得认可。不过,当石墨硅氧化物含量较高时,石墨-石墨硅氧化物复合电极的容量也会相应增加,同时,初始锂损失也会增加。因此,石墨-石墨硅氧化物复合电极中的石墨硅氧化物含量的比例应该限制在15%,因为如果增加至50%,初始锂的损失将会达到40%。

为了同时实现高容量和高初始效率,科学家们提出了各种预锂化的方法,包括提前将额外的锂掺杂到阳极中。KIST的研究人员研发了一种工艺,将电极浸入特殊的溶液中,以减少石墨硅氧化物对锂的消耗。随后,该团队将该工艺应用于具有很大商业化潜力的石墨-石墨硅氧化物复合材料中。

该研究小组发现,由于石墨具有多功能插层功能,之前研发的预处理溶液会让带有锂离子的溶液分子意外插入到石墨中。此种大溶液分子的插入会导致石墨-石墨硅氧化物复合电极的结构破坏。为了防止电极失效,研究人员研发了一种新溶液,采用了一种弱溶剂,以减少溶剂与锂离子之间的互动。该溶液能够选择性地将锂离子插入到活性材料中,确保能够向石墨-石墨硅氧化物复合电极稳定供应额外的锂。

该石墨-石墨硅氧化物电极在该研究小组研发的溶液中浸渍约1分钟,即使石墨硅氧化物的含量达到了50%,也完全避免了初始锂消耗。因此,当电极的初始效率达到近100%时,指代在首次充电时,锂损失(≤ 1%))可以忽略不计。采用该工艺制成的电极容量比传统石墨阳极高了2.6倍,同时,在250次充放电循环后,保持了87.3%的初始容量。

KIST的Minah Lee表示:“从研究结果来看,相比于传统材料中石墨-石墨硅氧化物复合阳极中的石墨硅氧化物含量只允许为15%,新工艺可将含量增加至超50%,从而能够生产出容量更大的锂离子电池,并提升未来电动汽车的续航里程。该技术还很安全,适合用于大规模生产,因此有望实现商业化。”

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