最新锂电Science，三位通讯作者为你解读！

2022年4月28日，美国SLAC国家加速器实验室的刘宜晋，普渡大学赵克杰以及弗吉尼亚理工林锋教授等人合作在Science上发表文章，Dynamics of particle network in composite battery cathodes，研究了复合电池阴极中粒子网络的动力学。

详细内容可见：

这项工作得到了VIRGINIA TECH的关注，并对作者进行了采访，我们一起来看看作者是怎么看待这项工作的。

弗吉尼亚理工大学化学副教授林锋说：“这项研究揭示了我们如何通过设计和制造电池电极，来延长电池的长循环寿命。”

它不会马上奏效，你可能需要几周的时间才能注意到。你的无线猫咪饮水机里有刚充过电的AA锂电池，可以用两天。它们曾经持续了一周或更长时间。经过另一轮充电，它们只持续了一天。很快，电量将变为0。如果你站在那里质疑自己的行为，“等等，我给这些充电了吗？”，这也是情有可原的。

原因不在于你，而在于电池。没有什么是永恒的，更不用提在商店购买的AA或AAA，还是我们手机、无线耳机或汽车内的所谓的耐用可充电池。电池都是会衰减的。

▲在林锋的实验室里，数百个电池放置在巨大的架子上

弗吉尼亚理工学院化学系副教授林锋，2022年4月28日在Science上发表了一篇研究，重新审视了驱动电池寿命的因素，以及这些因素在快充条件下如何随着时间的推移而变化。研究发现，早期电池的衰减似乎是由单个电极颗粒的性质驱动的，但在数十个充电周期后，这些粒子的组合方式更能影响电池衰退。

▲Virginia Tech的林锋副教授在电池测试实验室里拿着一个软包电池

林说：“这项研究揭示了我们如何通过设计和制造电池电极，来延长电池的长循环寿命。”他的实验室目前正在重新设计电池电极，其目标是制造出能够快充的电极结构，以低成本来维持更长的寿命，并且对环境友好。

“当电极结构允许每个粒子快速响应电信号时，我们将有一个很好的工具箱来快速为电池充电。我们很高兴能实现对下一代低成本、快充的电池进行理解，”林说。

林锋是这项研究的资深作者之一，该研究与美国能源部SLAC国家加速器实验室、普渡大学和欧洲同步辐射中心合作。

斯坦福同步加速辐射光源（SSRL）的研究员、论文的通讯作者、SLAC科学家刘宜晋说：“这些粒子构成了电池电极的基本结构，但当你放大看时，这些粒子会相互作用。因此，如果想制造更好的电池，需要看看如何将这些粒子放在一起。”

▲Virginia Tech的学者在研究用于制造锂离子电池的高灵敏度化学物质

作为研究的一部分，林锋、刘宜晋和其他同事使用计算机视觉技术来研究构成可充电电池电极的单个粒子如何随着时间的推移而破裂。这次的目标不仅是研究单个粒子，而且研究它们协同工作以延长或降低电池寿命的方式。

最终目标是：学习新方法，从电池设计中延长电池寿命。

作为研究的一部分，该团队利用X射线来研究电池阴极。在经历了不同的充电周期后，他们使用X射线断层扫描重建电池阴极的3D图像。然后，他们将这些3D图片切割成一系列2D切片，并使用计算机视觉方法来识别粒子。除了林锋和刘宜晋外，这项研究还包括SSRL博士后研究员Jizhou Li、普渡大学机械工程教授赵克杰和普渡大学研究生Nikhil Sharma。

研究人员最终确定了2000多个单个粒子，他们不仅计算了单个粒子特征，如大小、形状和表面粗糙度，还计算了颗粒直接接触的频率以及粒子形状的变化程度等特征。

接下来，他们研究了这些属性如何导致粒子的分解，并发现了一个令人震惊的模式：

在10个充电周期后，最大的因素是单个粒子的特性，包括粒子的球面性以及粒子体积与表面积的比率。然而，在50个周期后，配对和群属性推动了粒子分解，例如两个粒子相距多远，形状变化多大，以及更细长的足球状粒子排列方向是否类似。

▲循环后，电池电极中的不均匀颗粒损伤

刘宜晋说：“它不再只是粒子本身。重要的是粒子-粒子相互作用，这很重要，因为这意味着制造商可以开发控制此类属性的技术。例如，他们或许能够使用磁场或电场将细长粒子对齐，新结果表明，这将延长电池寿命。”

林锋补充说：“我们一直在大力研究如何在快速充电和低温条件下让电动汽车电池高效工作，除了使用更便宜、更丰富的原材料来降低电池成本的新材料外，我们的实验室还一直在努力了解电池在非平衡态的行为，目前已经开始研究电池材料及其对这些恶劣条件的反应。”

赵克杰说：“电池颗粒就像人一样，刚开始我们都走自己的路，但后来，我们遇到了其他人，我们最终成群结队，朝着同一个方向前进。为了了解最大效率，我们需要研究粒子的个体行为以及这些粒子在群体中的行为。”

来源：

https://scitechdaily.com/new-research-examines-keys-to-making-batteries-last-longer/#google_vignette