研究人員探討鋰電池腐蝕原因 助力向清潔能源轉型

據(jù)國外媒體報道，在向清潔能源過渡的過程中，鋰離子電池因其高能量密度和低成本成為最突出的儲能選項之一。然而，由于日歷壽命較短，即使是最先進的鋰離子電池也難以支持許多重型儲能應用。

據(jù)說電池的容量已經降到了初始容量的80%，也就是到了日歷壽命的末期。為了適應電網規(guī)模儲能等重負載應用，避免高昂的更換成本，鋰離子電池的日歷壽命需要達到15-20年左右，但這項技術遠沒有達到這個水平。研究人員表示，為了使商業(yè)重型儲能更加成功，需要更加關注鋰電池腐蝕的原因以及如何抑制這種腐蝕。

和所有電池一樣，鋰電池(包括鋰離子電池)的日歷壽命取決于其在儲存和充電循環(huán)中的穩(wěn)定性(抗降解)，循環(huán)穩(wěn)定性取決于負極、正極和電解液的穩(wěn)定性，包括這些電池組件之間的界面和主要材料的穩(wěn)定性。為了提高循環(huán)穩(wěn)定性，電化學工作者致力于優(yōu)化基質材料的結構，調整界面，設計更好的電解液。鋰電池可能會儲存能量很長時間，而不是回收利用。在儲存過程中，會發(fā)生各種有害的化學反應，導致組件的降解，特別是電極材料的高反應性，以及收集電流的元素與電解液的不相容性。這種退化(也稱為腐蝕)降低了電池的結構穩(wěn)定性，并最終縮短了日歷壽命。因此，要提高儲存穩(wěn)定性，必須著眼于更好地了解腐蝕機理和制定防腐策略。北京理工大學的研究員黃嘉琪說：研究者希望從總體上描述腐蝕和儲存穩(wěn)定性的研究現(xiàn)狀，以便更好地了解和解決研究空白。在所有類型的鋰電池中，腐蝕在很大程度上仍然是一個有待解決的問題。"

研究人員查閱了這方面的科學文獻后認為，鋰電池中的腐蝕反應主要涉及三個方面：鋁集流體的電化學腐蝕；電池不銹鋼外殼的電化學腐蝕：以及負極的電偶腐蝕(兩種金屬在同一介質中接觸時的局部腐蝕現(xiàn)象，電位較低的金屬腐蝕速度加快，電位較高的金屬腐蝕速度降低)。一般來說，腐蝕是由電極材料與電解質之間的化學反應和電化學反應引起的。

迄今為止，研究者主要集中在三種防腐策略上，包括調節(jié)電解質分解反應；電極材料和電解液通過人工涂層隔離；以及電極材料的表面改性以降低其反應性。

研究人員提出了促進鋰電池儲存腐蝕研究的五條主要建議：

首先，有必要深入研究鋰電池中的電偶腐蝕。目前，很少有有效的策略來緩解這種情況。銅集流體的表面改性是一種值得探索的方法，可以通過使用電解液添加劑來實現(xiàn)。此外，開發(fā)銅箔的保護性表面涂層也可能是一種方法。

其次，所有未來的改進策略都需要在溫度和濕度等現(xiàn)實條件下進行評估，而不僅限于實驗室。研究人員發(fā)現(xiàn)，通常情況下，大多數(shù)新的防腐策略都是在實驗室非常溫和的環(huán)境條件下進行評估的，而不是在現(xiàn)實世界中。

因此，第三項戰(zhàn)略側重于加快評價進程。腐蝕通常是一個緩慢的過程，需要大量的時間來評估，所以成本很高。尋找加速這一進程的方法具有重要意義。

除了現(xiàn)實世界的觀察，研究人員還應該采用實時監(jiān)測的方法來了解工作電池的腐蝕情況。這將有助于更好地識別電池的健康狀態(tài)，更準確地預測電池壽命和av

最后，新的電池設計不斷出現(xiàn)，加劇了這些問題。新的電極材料和電解質不斷被開發(fā)，研究人員會定期測試這些新設計的循環(huán)性能，但很少測試它們對腐蝕的影響。但新材料可能會相應改變腐蝕機理，因此需要改變防腐策略。

研究人員希望這些建議可以幫助電池開發(fā)者在鋰電池的抗腐蝕性方面取得突破，從而延長電池的使用壽命。