俗话说，欲速则不达。由于一项旨在确定导致电动汽车中快速充电锂离子电池性能下降的原因的新研究，这样的格言可能尤其适用于电池。
在由能源部（DOE）阿贡国家实验室的美国能源部新的研究，科学家们发现了一个有趣的化学行为电池的为电池充电和放电两个端子。
锂离子电池包含一个带正电的阴极和一个带负电的阳极，它们被一种叫做电解质的材料隔开，电解质在它们之间移动锂离子。这些电池中的阳极通常由石墨制成——与许多铅笔中的材料相同。然而，在锂离子电池中，石墨是由小颗粒组装而成的。在这些粒子内部，锂离子可以在称为嵌入的过程中自行嵌入。当插层发生正确时，电池可以成功充电和放电。
然而，当电池充电过快时，嵌入就变成了一件棘手的事情。锂离子不会顺利进入石墨，而是倾向于聚集在阳极表面的顶部，从而产生“电镀”效应，从而对电池造成端子损坏（不是双关语）。
“电镀是快速充电期间电池性能受损的主要原因之一，”该研究的作者阿贡电池科学家丹尼尔亚伯拉罕说。“当我们快速给电池充电时，我们发现除了阳极表面的镀层外，电极孔内还积聚了反应产物。” 因此，阳极本身会发生一定程度的不可逆膨胀，从而损害电池性能。
使用一种称为扫描电子纳米衍射的技术，来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的亚伯拉罕和他的同事们观察到石墨颗粒的另一个显着变化。在原子水平上，颗粒边缘的石墨原子晶格由于反复快速充电而扭曲，阻碍了嵌入过程。“基本上，我们看到的是石墨中的原子网络扭曲，这阻止了锂离子在粒子内部找到它们的‘家’——相反，它们镀在粒子上，”他说。
“我们给电池充电的速度越快，阳极的原子序就越混乱，这最终会阻止锂离子来回移动，”亚伯拉罕说。“关键是找到方法来防止这种组织损失或以某种方式修改石墨颗粒，以便锂离子可以更有效地嵌入。”
一篇基于该研究的论文“通过快速充电锂离子电池阳极的多长度尺度表征揭示了石墨颗粒边缘的无序增加”，发表在 10 月 8 日的《电化学学会杂志》上。
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