现阶段,锂离子电池已经成为电动汽车最重要的动力源,其发展经历了三代技术的发展,随着正负极材料向着更高克容量的方向发展,与安全性技术的日渐成熟、完善,更高能量密度的电芯技术正在从实验室走向产业化,应用到更多场景里。
事实上,锂金属电池之所以被寄予厚望,是因为纯锂金属阳极具有出色的能量密度。凭借着高能量密度、高安全性的优势,锂离子电池在短短的十几年的时间里,已经彻底占领了消费电子市场,取得了瞩目的成就,所以大部分研究员都在努力尝试继续发展锂电池。
作为在循环过程中于电池两极间来回携带锂离子的溶液,电解质在一块电池中的重要性不言而喻。通常情况下,低温电池需要额外的加热系统。但现在,加州大学圣迭戈(UCSD)研究团队正在开发的这种锂金属电池,是一种不会冻结的电解液,并且能够在低温下保持锂离子在电极之间的流动性,有望在极端低温下进行高效的充放电。
事实上,到目前为止,许多研究都集中在选择不易冻结且保持锂离子在电极之间快速移动的电解质。在这项研究中,研究人员发现,不一定是电解液移动离子的速度有多快,而是电解液释放离子并将其沉积在阳极上的容易程度。研究人员通过比较两种电解质的电池性能得出了这些发现:两种锂离子结合力度有强弱之分。含弱结合电解质的锂金属电池在-60摄氏度时整体表现较好,50次循环后仍能保持强劲运行。相反,具有强结合电解质的电池在仅仅两个周期后就停止工作。
实验后,研究员将其分开,发现二者阳极上锂金属沉积物不同。在弱结合电解质的细胞中,沉积物光滑均匀,而在强结合电解质的细胞中,沉积物呈块状和针状的枝晶。实验结果显示,电池在-40摄氏度和-60摄氏度的温度下,分别在50次循环中保持了84%和76%的容量。这样的表现是前所未有的。而减少枝晶的出现,避免电池短路失效,提升锂电池性能是一个新研究方向。
社会已步入新能源时代,而电气化是一个必然的趋势,锂离子电池为即将商业化的新兴电池技术打开新市场机遇。而突破性地电池技术也将在未来的能源系统中发挥核心作用,把人类推向远方。