研究人员确定最佳锂金属电池堆栈压力 显著提高性能

据外媒报道，一个由材料科学家和化学家组成的研究团队确定了锂金属电池（LMB）在电池运行期间需要承受的最佳堆栈压力，可产生最佳性能。该研究团队成员主要来自加州大学圣地亚哥分校（University of California San Diego）、密歇根州立大学（Michigan State University）、爱达荷州国家实验室（Idaho National Laboratory）和通用汽车研发中心（General Motors Research and Development Center）。

（图片来源：加州大学圣地亚哥分校）

用锂金属代替石墨做电池负极是部分电池研发领域的终极目标。这些锂金属电池将有可能把当前最佳锂离子技术的性能提高一倍。例如，在电池重量相同的情况下，采用锂金属电池的电动汽车的续航里程是采用锂离子电池汽车的两倍。

尽管具有上述优势，但LMB并不被看好，因为其使用寿命较短且存在安全隐患，特别是会发生由锂枝晶生长引起的短路。研究人员和技术人员发现，在电池循环期间使LMB承受部分压力可提高性能和稳定性，从而解决寿命问题。但背后原因还未可知。

加州大学圣地亚哥分校纳米工程系教授Shirley Meng表示：“我们不仅回答了这个科学问题，还确定了所需的最佳压力。此外，我们还提出了新的测试协议，以获得最大的LMB性能。”

通过使用多种表征和成像技术，研究人员研究LMB形态，并量化电池在不同压力下的性能。他们发现采用更高的压力水平，约为350千帕，会迫使锂颗粒沉积在整齐的柱子中，且中间没有任何多孔空间。相比之下，承受较低压力的电池会呈现出多孔空间，且锂颗粒会以无序的方式进行沉积，从而使得枝晶具有生长的空间。

研究人员还表明，该过程不会影响电池电解质的固体电解质界面（SEI）结构。但要应用这种新技术，必须对LMB的制造设施进行改造。

另一种提高性能的方法是在电池循环时不完全放电。相反，研究人员会留有一个锂库，以发生再成核。该发现在密歇根州的通用汽车研发中心得到了验证。

另外，爱达荷州国家实验室的研究人员使用分子动力学仿真了解该项目中的堆栈压力范围，该范围远小于基于宏观力学模型的预期。研究人员对这一独特工艺的机械起源也进行了阐释。