压力技术带来锂电池性能与寿命的双重飞跃AFM

汽车 2024-12-10 17:40 北京

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钛酸锂氧化物（LTO）电池由于其固有的循环稳定性、快速充电能力和优越的安全性，是一项很有前途的技术，特别适用于高功率应用。然而，由阴极驱动的大量气体生成和加速老化仍然是重大挑战。本研究通过外部机械压缩的应用探讨了这些老化机制的缓解。在循环过程中，对原始电池施加0.3 MPa的连续压力，与在相同操作条件下循环的未加压电池相比，可减少42%的容量损失。对老化的细胞施加短期压力可以立即恢复能力，恢复高达57%的损失能力。这些老化细胞在持续压力下的后续循环表明能力保持得到改善。相反，间歇施加瞬态压力会引起显著的容量波动。这项研究揭示了受外部压力影响的老化和愈合机制，有利于一次和二次寿命电池的应用。了解这些机制对于提高电池组的性能和使用寿命至关重要，同时研究结果也强调了再利用电池的容量回收的有希望的机会该论文以 Pressure-Induced Capacity Recovery and Performance Enhancements in LTO/NMC-LCO Batteries为题，发表在Advanced Functional Materials。

【创新点】

1、外部压力减少新电池的容量损失

研究团队发现，在新电池的循环过程中施加持续的0.3 MPa压力，可以减少42%的容量损失。这一发现对于电池的长期稳定性和性能维持具有重要意义。

2、短期压力恢复老化电池的容量

对于已经老化的电池，通过施加短期压力，可以立即恢复高达57%的失去容量。这一技术对于电池的二次利用和回收具有极大的价值。

3、连续压力改善老化电池的容量保持

在对老化电池施加连续压力后，研究显示，这些电池的容量保持得到了显著改善，这为电池的寿命延长提供了新的解决方案。

【图文介绍】

Figure 1：持续压力对新电池的影响

图1展示了在持续压力和无压力条件下循环的新电池的容量和电阻发展情况。可以看出，加压电池的容量衰减较无压力电池明显减缓，内部电阻的增加也得到了有效控制。

Figure 2：循环结束后电池分析

图2通过CT扫描和光学检查，揭示了未加压循环的电池在体积膨胀和电极材料变化上的情况。图中显示，电池中心区域的厚度增加了7.6%，而边缘区域没有明显变化，这表明电池内部可能存在气体积聚。

Figure 3：瞬态外部压力对老化电池的影响

图3展示了对日历老化和循环老化电池施加瞬态压力后容量恢复的情况。可以看出，随着电池健康状态（SOH）的降低，通过外部压力恢复的容量显著增加。

Figure 4：等效电路模型参数的变化

图4通过EIS测量，展示了在施加瞬态压力前后电池的等效电路模型参数（R0、R1、R2）的变化。这些参数的变化反映了电池内部电荷转移和锂离子扩散特性的改善。

Figure 5：连续压力对老化电池的长期影响

图5展示了在连续压力条件下老化电池的容量变化情况。结果表明，与未加压循环相比，加压循环显著降低了电池的老化速率。

Figure 6：间歇性压力对老化电池的影响

图6展示了在间歇性压力条件下老化电池的容量保持情况。结果表明，间歇性压力能够在一定程度上维持电池的容量，但存在较大的波动。

【结论】

文章通过实验研究了外部机械压力对锂钛氧化物（LTO）/镍锰钴锂（NMC）-锂钴氧化物（LCO）电池性能的影响，发现在新电池循环过程中施加持续压力可以显著减少容量损失，而在老化电池中应用短期压力则能够恢复大量失去的容量。研究还揭示了压力对电池老化机制的影响，包括减少由于气体积聚导致的电极分离和抑制由于粒子破裂引起的活性物质损失，为电池性能提升和寿命延长提供了新的策略。

文献来源：https://doi.org/10.1002/adfm.202419229

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