研究人员找到恢复锂电池部分性能的方法 提高电动汽车续航里程

据外媒报道，美国能源部SLAC国家加速器实验室（ SLAC National Accelerator Laboratory）和斯坦福大学（Stanford University ）的研究人员，可能已找到部分恢复可充电锂电池性能的方法，有望提高电动汽车的续航里程。

（图片来源：AZOM）

在锂电池循环过程中，所积聚的小岛状非活性锂会与电极断开，从而降低电池的电荷存储的能力。然而，研究小组发现，可以让这些“死”锂，像蠕虫一样向其中一个电极蠕动，直到二者重新连接，从而部分逆转不需要的过程。

测试显示，额外增加这一步骤，能够减缓测试电池退化，使电池寿命增长近30%。研究人员正在探讨，如何通过超快放电步骤，恢复锂离子电池的损耗容量。

失去连接

相对于目前电动汽车使用的锂离子电池，现在大量研究正在寻找方法，以制造重量更轻、寿命更长、具有更高安全性和更快充电速度的可充电电池。研究人员尤其关注开发锂金属电池，以在单位体积或重量上存储更多的能量。在电动汽车中使用新一代电池，可以增加单次充电里程数，并且所占用的后备箱空间可能更少。

在这两类电池中，带正电荷的锂离子均在电极之间来回穿梭。随着时间的推移，一些金属锂不再具有电化学活性，从而形成孤立的锂岛，无法与电极连接。这会导致容量损失，对于锂金属技术和快速充电锂离子电池，这一问题尤为严重。

在此项研究中，研究人员证明，通过调动和恢复孤立的锂，可以延长电池寿命。斯坦福大学Yi Cui教授表示：“孤立的锂一直被认为是不好的。然而，研究人员已发现，如何将‘死亡的’锂与负极重新进行电气化连接，以重新激活它。”

孤立的锂岛并未“死亡”

Cui开始推测，向电池正、负极施加电压，可以使孤立的锂岛在电极之间物理移动。研究人员由此产生进行这项研究的想法。该团队已通过实验，证实了这一过程。

研究人员制造了一个光学电芯，其中带有锂镍锰钴氧化物 (NMC)正极和锂负极，并且正负极之间有一个孤立的锂岛。通过该测试设备，能够实时跟踪电池使用时发生的内部情况。

结果显示，该孤立的锂岛并没有“死”，而是对电池运行做出了反应。当给电池充电时，该岛慢慢向正极移动；放电时，则向反方向蠕动。Cui表示：“就像一只非常缓慢的蠕虫，头向前移一点，尾巴再往里一点，这样一纳米一纳米地移动。在这种情况下，通过溶解一端并将物质沉积到另一端来输送。如果能让锂蠕虫保持移动，最终会接触到正极，并重新建立电气连接。”

延长电池寿命

研究人员已通过其他测试电池和计算机模拟验证这一结果，并且证明在真实的电池中，通过调整充电充电方案，可以恢复孤立的锂。Liu表示：“在放电过程中，可以使分离的锂向负极移动，而且电流越高，移动得越快。因此，研究人员在电池充电后增加快速、高电流放电步骤，以使孤立的锂移动得足够远，并重新连接到负极上。这样就可以重新激活锂，使其参与电池的使用过程。”

据称这些研究结果，对于设计和开发更坚固的锂金属电池，也具有重要意义。