- 頭條創新的鋰負極涂層技術，將提高電池穩定性與容量2020-10-03 來源：《電氣技術》雜志社 | 點擊率：導語全新涂層會形成分子網絡，將帶電的鋰離子均勻輸送到電極中，用來防止不必要的化學反應與生成鋰晶枝，進而降低電池失控的風險，這有助于提高鋰電池的穩定性。
電氣化時代，在交通出行中選擇新能源汽車的越來越多。近幾年來，我國各級政府相繼出臺了一系列新能源汽車扶持政策，不斷推動新能源汽車產業的發展。數據顯示，截至2018年底，中國新能源汽車產銷量累計超過300萬輛，占全球總量的50%以上，連續四年產銷量居世界第一。
新能源汽車的核心部件是電池，電池是決定電動汽車續航、價格、駕乘品質的關鍵所在。以純電動汽車為例，電池除了提供動力來源外，電空調、電剎車、電轉向三小電系統等也全部由動力電池來供應能源。在成本方面，現階段占比達到了整車的 30%~40%，是三大電系統（電池、電控、電機）中占比最高的部分，而傳統能源汽車上的發動機大概占整車成本15%左右。
目前，新能源汽車大多用的是鋰電池、磷酸鐵鋰電池等。一般認為，鋰電池電動汽車在進行800次完全充放電后，電池將衰減到新電池的80%。同時，研究者們發現，當前鋰電池儲電容量已經快到極限，且其不耐撞、易起火爆炸等缺陷也對人身安全構成了威脅。
眾所周知，鋰離子電池的正極主要以鋰為主，負極為石墨。在鋰離子電池容量將到極限的當下，研究者們正在尋求新的突破，創新性的用比容量高、電化學電壓低的鋰金屬取代石墨。但鋰活性強，甚至比鈉、鎂等金屬都還要高，會與電池內部的電解質相互反應，從而形成不均勻、易破碎的固態電解質界面（Solid Electrolyte Interface，SEI）。
正常情況下，SEI是鋰離子的優良導體，能保護電池，避免發生不良反應，并讓鋰離子在電極與電解質之間來回游走。對鋰離子電池性能來說，SEI是關鍵。若SEI性能不佳，電池會存在許多問題。
比如，不均勻的SEI會導致鋰金屬沉積，形成樹狀鋰晶枝，進而造成電池容量損失、充放電效率降低或是刺穿絕緣層與短路，最終導致熱失控，電池起火爆炸，而通常鋰晶枝最容易在負極形成。
此外，鋰金屬很容易跟空氣中的水分和氧化物起反應，在表面易形成氫氣或是氫氧化鋰等絕緣體，進一步降低電池的電化學性能，而氫氣也會有燃燒與爆炸的危險。使用時為了降低風險，通常會透過封裝技術，避免電子元件接觸到水、空氣，盡量降低損壞的機率。
據有關媒體報道，美國史丹佛大學和SLAC國家加速器實驗室已研發出全新的SEI薄膜，將覆涂全新SEI的負極與其它商用零件相結合，打造出全新的電池。
試驗結果指出，在160次循環后，仍能保有85%的容量。研究者表示，全新涂層會形成分子網絡，將帶電的鋰離子均勻輸送到電極中，用來防止不必要的化學反應與生成鋰晶枝，進而降低電池失控的風險，這有助于提高鋰電池的穩定性。
這并不是第一個關注鋰電池負極的團隊，近期天津大學與清華大學的學者們通過創新的浸涂法研制全新的涂層wax-PEO，打造出具有空氣穩定性與防水性的鋰負極。這種wax-PEO層能在維持鋰離子傳導下，有效抑制鋰晶枝生產。
研究結果表明，將涂有wax-PEO的鋰負極放置在相對濕度高達70%的環境中時，24h后其表面不會損壞也不會腐蝕，其容量能維持在85%左右，接觸水后更不會燃燒或是容量下降。鋰負極放入電池后，500h后仍維持穩定。在300次充放電循環中，每次循環的容量衰減率只有0.075%。研究人員指出，該技術不僅能造福鋰金屬，還可以應用在其它穩定性較低的電極材料上。
目前，中美兩國的科學家在此方面的研究都還屬于最佳化設計階段，尚處于實驗室階段，未來希望能進一步提高電池容量以及使用壽命。還有研究者看好硅負極，因為硅與鋰離子結合后可化身為Li15Si4，一個硅原子約可以附著4個鋰離子，電池能以少量負極材料儲存更多的鋰離子，新型硅電極有望提升20%電池容量。
