快充作為電動(dòng)汽車使用者的“剛需”正在變的越來越受重視，聚焦于此，國內(nèi)外的技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)都在加大在領(lǐng)域的投入。

快速充電對(duì)于電動(dòng)汽車來說非常重要，“美國能源部(DOE)阿貢國家實(shí)驗(yàn)室的電池科學(xué)家Daniel Abraham表示：“通過準(zhǔn)確了解鋰在電極中的分布情況，我們能夠準(zhǔn)確地確定電池老化的不均勻方式。”

快速充電的主要問題發(fā)生在鋰離子從正極傳輸?shù)截?fù)極期間。如果電池緩慢充電，從正極提取的鋰離子逐漸在構(gòu)成石墨負(fù)極的碳原子平面之間自我插入-這一過程稱為鋰嵌入。

但是當(dāng)這個(gè)過程加速時(shí)，鋰最終會(huì)沉積在石墨表面作為金屬，這被稱為鋰沉積。“當(dāng)發(fā)生這種情況時(shí)，電池的性能會(huì)受到嚴(yán)重影響，因?yàn)殇嚦练e不能從一個(gè)電極移動(dòng)到另一個(gè)電極。”Abraham說。

根據(jù)Abraham的說法，這種鋰金屬會(huì)化學(xué)還原電池的電解質(zhì)，導(dǎo)致形成固體電解質(zhì)的相間，這種相間會(huì)束縛鋰離子，因此它們不能在電極之間穿梭。結(jié)果，隨著時(shí)間的推移，電池中可以存儲(chǔ)更少的能量。

為了研究鋰離子在電池內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，Abraham與博士后研究員Koffi Pierre Yao和Argonne X射線物理學(xué)家John Okasinski合作，在美國能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室的高級(jí)光子源。在那里，Okasinski基本上通過使用X射線對(duì)負(fù)極中的鋰化石墨的每個(gè)相成像來創(chuàng)建電池的2D圖像。

通過這種方式，研究人員能夠精確量化電池充電和放電過程中負(fù)極不同區(qū)域的鋰含量。在這項(xiàng)研究中，可以確定鋰在快速充電條件下積聚在靠近電池隔板的區(qū)域。

Abraham解釋說：“你可能只是從常識(shí)中得到這種感覺。但是通過準(zhǔn)確了解鋰在電極中的分布情況，我們能夠準(zhǔn)確地確定電池老化的不均勻方式。”

為了有選擇地看到電池核心區(qū)域，研究人員使用了一種稱為能量色散X射線衍射的技術(shù)。研究人員不是改變光束的角度來到達(dá)特定的感興趣區(qū)域，而是改變?nèi)肷涔獾牟ㄩL。

通過使用X射線，Argonne的科學(xué)家們能夠確定石墨層中存在的晶體結(jié)構(gòu)。因?yàn)槭墙Y(jié)晶材料，鋰的插入導(dǎo)致石墨晶格膨脹到不同程度。Okasinski說，這種層的膨脹作為衍射峰的差異是顯著的，并且這些峰的強(qiáng)度給出了石墨中的鋰含量。

雖然這項(xiàng)研究主要集中在小型紐扣電池上，但Okasinski表示，未來的研究可以研究更大的如智能手機(jī)和電動(dòng)汽車電池中的鋰電行為。