美国科学家找到锂电池寿命变短原因？别逗了！

2018-02-05 20:26:30 大云网　点击量：评论 (0)

最近网上一篇叫做《美国科学家找到锂电寿命变短原因》的文章火了，作为一名锂离子电池行业的从业者，多年的经验告诉我，一个电池结构不同、...

最近网上一篇叫做《美国科学家找到锂电寿命变短原因》的文章火了，作为一名锂离子电池行业的从业者，多年的经验告诉我，一个电池结构不同、材料不同、使用条件不同都会对电池寿命产生一定的影响，因此当有人问小编锂离子电池寿命衰降的原因，小编从来不敢直接给出答案，必定是问过电池体系、使用制度和条件后才能谨慎的给出推断，所以当小编看到这样一篇言之凿凿的文章确实大跌眼镜，吓得小编赶紧找出这篇文章来仔细研究，但是却发现这篇文章思维混乱、概念不清，无奈之下，小编只好到《Science Advance》期刊上找到了这篇文章中所说的“美国科学家”的研究成果。

网上文章中所宣称的“美国科学家”名叫Wei Zhang，怎么听着这么熟悉？没错，这就是传说中的张伟。这篇文章的题目应该翻译为《锂离子在嵌入纳米颗粒过程中的局部浓度波动现象》，通过摘要我们了解到这篇文章主要是针对纳米LiFePO4材料的嵌锂动力学进行研究，发现即便是Li+嵌入到纳米LiFePO4中时，Li+在纳米颗粒内部的浓度分布也并不均匀，并且Li+在纳米颗粒中的局部浓度还出现了波动的现象。

接下来，我们来看看作者在文中想表达的观点，作者Wei Zhang采用新的技术手段对纳米LFP颗粒反应过程进行了研究，发现即便是在单个的纳米颗粒中也存在嵌锂不均匀的现象，并且还存在局部Li浓度波动的现象。那么这一发现有什么用呢？根据作者的解释，这一发现将为研究单纳米颗粒内Li扩散的微观动力学研究提供一个新的视角。

接下来小编为大家简单介绍一下Wei Zhang的研究成果。长期以来，由于锂离子电池的封闭式结构和金属Li的高活泼性，导致对锂离子电池的反应动力学研究非常困难，因此对于锂离子电池动力学研究的实验数据，要远远落后于理论发展的速度。但是近年来，原位观测技术的快速发展，让我们追踪单个活性物质颗粒内的反应过程成为了可能，下图为作者观察Li+在纳米LFP颗粒中的嵌入反应所使用的方法：1）首先，作者制备了片状的单晶LFP；2）然后将这些片状LFP材料组装在用于TEM观测的网状电极上；3）最后组装为测试电池。通过这一方法可以在TEM观测的同时对电池进行充放电反应。

Wei Zhang的研究表明在LFP嵌锂的过程中，并不是我们通常的以为的材料从FP相转变为LFP的两相反应，在整个反应过程中没有发现明显的两相界面，整个嵌锂过程应该是固溶体反应过程。下面的动态图展示了在3*3nm2的区域内，嵌锂过程LFP晶体颗粒内部的Li浓度的变化（红色表示高Li浓度，蓝色表示低Li浓度），从反应过程可以看到，开始的时候显示局部的Li浓度快速升高（0.6-59s），之后Li高浓度的区域的Li浓度开始下降，最终下降到0.1（在121s），随后整体的Li的浓度开始升高，达到0.7（200s），那些最早开始嵌锂的区域，反而是最后完成嵌锂。

Wei Zhang发现当如果将研究区域进一步提高到10*10nm2时，颗粒内Li浓度变化的幅度将大幅减弱，当进一步将研究范围提高到20*20nm2范围时，Li浓度波动的现象几乎不可见了，这表明在LFP内Li浓度的波动必须借助高分辨率的手段才能观察到，这也是在以往的研究中没有观察到纳米LFP颗粒内部Li浓度波动现象的原因。

Wei Zhang的这项工作的主要贡献还是在发现即便是在单个纳米颗粒内部，仍然存在嵌锂不均匀的现象，并且局部还存在着Li浓度波动的现象，这一点为研究LFP材料的嵌锂动力学提供了新的视角，但作者并没有提及这一不均匀现象和Li浓度波动现象是否会对锂离子电池的寿命产生显著的影响。很明显，《美国科学家找到锂电寿命变短原因》这篇文章曲解了原文的内容，存在故意夸大、博人眼球的嫌疑。