運(yùn)輸業(yè)的電氣化對(duì)鋰離子電池的能量密度、快速充電性能和壽命提出了越來(lái)越高的要求。
近日，寶馬公司Sophie Solchenbach，Johannes Wandt研究了高能量密度（~800 Wh/L）原型圓柱形4695鋰離子電池在兩種不同（“低”和“高”）電解質(zhì)含量下的快速充電。
文章要點(diǎn)
1）通過(guò)孔體積計(jì)算、計(jì)算機(jī)斷層掃描和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量，我們發(fā)現(xiàn)在高電解質(zhì)電池中，活性材料的體積變化會(huì)導(dǎo)致電解質(zhì)在循環(huán)時(shí)進(jìn)出果凍卷，而在低電解質(zhì)電池中不會(huì)發(fā)生電解質(zhì)運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，與低電解質(zhì)電池相比，高電解質(zhì)電池在快速充電循環(huán)過(guò)程中的容量保持率明顯較差（130次循環(huán)后容量損失分別為24%和5%）。
2）研究人員證明，平面內(nèi)電解質(zhì)運(yùn)動(dòng)與平面內(nèi)LiPF6濃度梯度的耦合會(huì)迅速導(dǎo)致沿果凍卷高度（=平面內(nèi)）的厘米級(jí)強(qiáng)LiPF6濃度梯度：僅經(jīng)過(guò)18個(gè)循環(huán)，果凍卷邊緣和中心的LiPF6濃度（由離子色譜法測(cè)定）與初始平均值相比偏差超過(guò)±50%。研究人員將這種迄今未知的效應(yīng)稱為“電解質(zhì)運(yùn)動(dòng)引起的鹽不均勻性”（EMSI）。這種長(zhǎng)尺度鹽濃度梯度會(huì)導(dǎo)致電池容量損失、電阻增加，并最終導(dǎo)致高度局部的鋰沉積。
3）最后，研究人員討論了EMSI效應(yīng)對(duì)電池設(shè)計(jì)和測(cè)試的深遠(yuǎn)影響，不僅適用于圓柱形電池，而且適用于任何高壓縮下的大型鋰離子電池。
參考文獻(xiàn)
Sophie Solchenbach, et al, Electrolyte Motion Induced Salt Inhomogeneity – A Novel Aging Mechanism in Large-Format Lithium-Ion Cells, Energy Environ. Sci., 2024
DOI: 10.1039/D4EE03211J
