鋰離子電池壽命短的原因分析

美國科學家發表于最新一期《科學進展》雜志的論文說，鋰離子電池中的鋰離子濃度會發生漲落變化，這解釋了鋰離子電池壽命變短的原因，并有望幫助開發充電更快、待機時間更久的電池。

由美國能源部布魯克黑文國家實驗室領導的一個研究團隊近日發現，當電池產生電流時，若電池的電極是由納米粒子制成的，納米粒子部分區域里的鋰離子濃度會先上升，然后下降，而非此前一直認為的濃度會持續增加。

晶格是晶體內部的粒子按一定幾何圖形排列而成的結構。鋰離子電池的工作原理是鋰離子在正負極晶格間移動，充電時，鋰離子從正極流到負極，放電時正相反。

“與海綿吸水類似，我們看到納米粒子里鋰離子的總濃度在不斷增加，”主持該研究的布魯克黑文國家實驗室可持續能源技術部科學家王馮說，“但與水不同，鋰離子會選擇性地從某些區域流出，這造成晶格間鋰離子濃度不一致。”

研究人員指出，鋰離子進入晶格前，晶格的結構很均勻，一旦鋰離子進入，就會拉伸晶格，當鋰離子流出時，晶格又收縮了。鋰離子的不均勻運動可能造成持久性損害，原因是它使電池內活性成分的結構變形，并可能導致電池疲勞失效。

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-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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研究人員推測這種現象也可能發生在其他高性能電池的化學物質中，該研究結果可有助于開發充電時間更短、待機時間更長的電池。