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ANSTO利用中子散射技术了解LIB中有害锂结构的形成

盖世汽车 Elisha 2023-11-08 09:22:34

核心提示：这些方法极具洞察力，无需拆解电池即可提供关于电池内部锂结构尺寸和形状的信息。

盖世汽车讯据外媒报道，澳大利亚核科学和技术组织（ANSTO）的研究团队利用中子散射技术来了解可充电锂离子电池（LIB）中有害锂结构的形成。

（图片来源：澳大利亚核科学和技术组织）

现在，锂电池广泛应用于电动汽车，但其能量容量仍达不到许多下一代技术的要求。尽管在电池中用纯锂金属代替普通电极有助于提高储能，但锂表面形成的锂微结构可能会造成短路，并导致电池发生故障。研究负责人Vanessa Peterson教授表示：“了解有害锂结构如何以及为何形成，可以防止其形成，最终使人们能够使用这类高能电池，这一点非常重要。”

众所周知，拆解后的电池中存在不同类型的结构，如晶须（whisker）状、苔藓（moss）状和树状枝晶。晶须状枝晶类似于细小的针，苔藓状枝晶看起来像多孔层，而树状枝晶是又长又薄的结构，正是这些“枝晶”结构制造了问题。

Peterson表示：“研究人员使用澳大利亚中子散射中心（Australian Center for Neutron Scattering）的Quokka和Kookaburra仪器，通过小角度和超小角度中子散射（SANS和USANS）技术来研究这些复杂的锂结构。”

这些方法极具洞察力，无需拆解电池即可提供关于电池内部锂结构尺寸和形状的信息。因为电池中包含许多组件，所以可以从不同部分收集SANS和USANS数据，以便单独分离出数据中的锂信息。“借助这些信息，研究人员设计了对称的软包电池，非常适合研究沉积在其中的锂的变化。”

与X射线成像、显微镜或气体吸附等其他方法相比，研究人员利用SANS和USANS提供了一种精确且不太复杂的方法来分析沉积锂的结构。研究还表明，SANS和USANS具有高度敏感性，有助于了解因锂沉积而在锂和电解质之间形成的界面。

Peterson根据测量数据，利用数学模型来量化表面积和这些界面之间的平均距离。她表示：“观察显示，沉积锂的表面面积和界面距离以复杂的方式变化，这取决于电池的使用过程。这些发现为未来的研究打开了大门，有助于探索相关因素如何影响沉积锂的表面积和界面之间的距离，如电流大小、充电时间、锂沉积和溶解的循环过程等因素。对于解决锂离子电池技术中锂枝晶生长的相关挑战，了解这些因素具有重要意义。”