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韓國(guó)研發(fā)創(chuàng)新電池工藝 有助于延長(zhǎng)電動(dòng)汽車的續(xù)航里程
時(shí)間:2021-08-26 09:37來源:蓋世汽車新能源 作者:Fairy
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研究參數(shù)（圖片來源：KIST）
當(dāng)電池充滿電時(shí)，電子設(shè)備通常會(huì)顯示擁有100%的電量。但是，由于鋰離子電池在電池生產(chǎn)的穩(wěn)定（形成）階段的首次充電中就會(huì)產(chǎn)生永久性損失，通常100%的電量只代表電池可存儲(chǔ)的理論能量密度為70%至90%。如果能夠阻止鋰離子電池在首次充電時(shí)產(chǎn)生損耗，就可以大幅增加電動(dòng)汽車（EV）的續(xù)航里程以及智能手機(jī)的使用時(shí)間。
據(jù)外媒報(bào)道，為了克服這一問題，韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院（KIST）與能源存儲(chǔ)研究中心、能源材料研究中心以及氫燃料電池研究中心組成了聯(lián)合小組，研發(fā)了一種電極預(yù)處理溶液，能夠最大限度地減少石墨硅氧化物（SiOx）復(fù)合陽極中的初始鋰離子電池?fù)p耗。在浸入溶液之后，由50%石墨硅氧化物制成的陽極的鋰離子損耗幾乎可以忽略不計(jì)，從而可以讓整個(gè)電池實(shí)現(xiàn)接近理想的能量密度。
雖然大部分商用鋰電池都采用石墨制陽極，但是石墨硅氧化物的容量是石墨的5至10倍，因此被認(rèn)為是下一代陽極材料。不過，石墨硅氧化物消耗的活性鋰是石墨的三倍。因此，由石墨與石墨硅氧化物混合制成復(fù)合電極作為下一代實(shí)用陽極而獲得認(rèn)可。不過，當(dāng)石墨硅氧化物含量較高時(shí)，石墨-石墨硅氧化物復(fù)合電極的容量也會(huì)相應(yīng)增加，同時(shí)，初始鋰損失也會(huì)增加。因此，石墨-石墨硅氧化物復(fù)合電極中的石墨硅氧化物含量的比例應(yīng)該限制在15%，因?yàn)槿绻黾又?0%，初始鋰的損失將會(huì)達(dá)到40%。
為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)高容量和高初始效率，科學(xué)家們提出了各種預(yù)鋰化的方法，包括提前將額外的鋰摻雜到陽極中。KIST的研究人員研發(fā)了一種工藝，將電極浸入特殊的溶液中，以減少石墨硅氧化物對(duì)鋰的消耗。隨后，該團(tuán)隊(duì)將該工藝應(yīng)用于具有很大商業(yè)化潛力的石墨-石墨硅氧化物復(fù)合材料中。
該研究小組發(fā)現(xiàn)，由于石墨具有多功能插層功能，之前研發(fā)的預(yù)處理溶液會(huì)讓帶有鋰離子的溶液分子意外插入到石墨中。此種大溶液分子的插入會(huì)導(dǎo)致石墨-石墨硅氧化物復(fù)合電極的結(jié)構(gòu)破壞。為了防止電極失效，研究人員研發(fā)了一種新溶液，采用了一種弱溶劑，以減少溶劑與鋰離子之間的互動(dòng)。該溶液能夠選擇性地將鋰離子插入到活性材料中，確保能夠向石墨-石墨硅氧化物復(fù)合電極穩(wěn)定供應(yīng)額外的鋰。
該石墨-石墨硅氧化物電極在該研究小組研發(fā)的溶液中浸漬約1分鐘，即使石墨硅氧化物的含量達(dá)到了50%，也完全避免了初始鋰消耗。因此，當(dāng)電極的初始效率達(dá)到近100%時(shí)，指代在首次充電時(shí)，鋰損失（≤ 1%)）可以忽略不計(jì)。采用該工藝制成的電極容量比傳統(tǒng)石墨陽極高了2.6倍，同時(shí)，在250次充放電循環(huán)后，保持了87.3%的初始容量。
KIST的Minah Lee表示：“從研究結(jié)果來看，相比于傳統(tǒng)材料中石墨-石墨硅氧化物復(fù)合陽極中的石墨硅氧化物含量只允許為15%，新工藝可將含量增加至超50%，從而能夠生產(chǎn)出容量更大的鋰離子電池，并提升未來電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。該技術(shù)還很安全，適合用于大規(guī)模生產(chǎn)，因此有望實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。”
(責(zé)任編輯：子蕊)
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