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新技術可筆直觀察鋰電池的電子運動

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2022年08月31日  

日產汽車與日產ARC于2014年三月十三日宣布,開發出了一種分解辦法,可筆直觀察鋰離子電池充放電時正極材料中的電子運動作并定量化。采用此辦法,使得高容量鋰離子電池的開發成為可能,從而有助于延長純電動汽車(EV)的續航距離。


要開發容量高、壽命長的鋰離子電池,非得在電極活性物質中盡量多儲存鋰,進行可出現大量電子的材料設計。為此,掌握電池中的電子運動十分緊要,而往日的分解技術無法筆直觀察電子的運動。因此,無法定量識別電極活性物質(錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、氧(O)等)中什么元素可在多大程度上釋放了電子。


此次開發的分解方法,使得長期存在的課題探明充放電時電流的起源并定量把握,全球首次獲得了解決(日產汽車)。由此,可準確掌握電池內部發生的現象,尤其是正極材料含有的活性物質的運動狀況。此次的成果是由日產ARC與東京大學、京都大學、大阪府立大學共同開發的。


還使用了地球模擬器


此次開發的分解辦法,同時運用了使用L吸收端的X射線吸收分光法和使用超級計算機地球模擬器的第一原理計算法。盡管往日也有人采用X射線吸收分光法執行過鋰離子電池分解,但使用K吸收端為主流。配置在距離原子核最近的K殼層的電子被束縛在原子內,因此電子并沒有筆直參與充放電。


此次的分解辦法因采用了利用L吸收端的X吸收分光法,可以筆直觀察參與電池反應的電子流動。并且,通過與使用地球模擬器的第一原理計算法相結合,以高精度獲得了往日只能間接推斷的電子移動量。


日產ARC將此分解辦法用于分解鋰過剩型正極材料。結果發現,(1)在高電位狀態下,屬于氧的電子有益于充電反應;(2)在放電時,屬于錳的電子有益于放電反應。

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