研究人員探討鋰電池腐蝕原因 助力向清潔能源轉型

據國外媒體報道，在向清潔能源過渡的過程中，鋰離子電池因其高能量密度和低成本成為最突出的儲能選項之一。然而，由于日歷壽命較短，即使是最先進的鋰離子電池也難以支持許多重型儲能應用。

據說電池的容量已經降到了初始容量的80%，也就是到了日歷壽命的末期。為了適應電網規模儲能等重負載應用，避免高昂的更換成本，鋰離子電池的日歷壽命需要達到15-20年左右，但這項技術遠沒有達到這個水平。研究人員表示，為了使商業重型儲能更加成功，需要更加關注鋰電池腐蝕的原因以及如何抑制這種腐蝕。

和所有電池一樣，鋰電池(包括鋰離子電池)的日歷壽命取決于其在儲存和充電循環中的穩定性(抗降解)，循環穩定性取決于負極、正極和電解液的穩定性，包括這些電池組件之間的界面和主要材料的穩定性。為了提高循環穩定性，電化學工作者致力于優化基質材料的結構，調整界面，設計更好的電解液。鋰電池可能會儲存能量很長時間，而不是回收利用。在儲存過程中，會發生各種有害的化學反應，導致組件的降解，特別是電極材料的高反應性，以及收集電流的元素與電解液的不相容性。這種退化(也稱為腐蝕)降低了電池的結構穩定性，并最終縮短了日歷壽命。因此，要提高儲存穩定性，必須著眼于更好地了解腐蝕機理和制定防腐策略。北京理工大學的研究員黃嘉琪說：研究者希望從總體上描述腐蝕和儲存穩定性的研究現狀，以便更好地了解和解決研究空白。在所有類型的鋰電池中，腐蝕在很大程度上仍然是一個有待解決的問題。"

研究人員查閱了這方面的科學文獻后認為，鋰電池中的腐蝕反應主要涉及三個方面：鋁集流體的電化學腐蝕；電池不銹鋼外殼的電化學腐蝕：以及負極的電偶腐蝕(兩種金屬在同一介質中接觸時的局部腐蝕現象，電位較低的金屬腐蝕速度加快，電位較高的金屬腐蝕速度降低)。一般來說，腐蝕是由電極材料與電解質之間的化學反應和電化學反應引起的。

迄今為止，研究者主要集中在三種防腐策略上，包括調節電解質分解反應；電極材料和電解液通過人工涂層隔離；以及電極材料的表面改性以降低其反應性。

研究人員提出了促進鋰電池儲存腐蝕研究的五條主要建議：

首先，有必要深入研究鋰電池中的電偶腐蝕。目前，很少有有效的策略來緩解這種情況。銅集流體的表面改性是一種值得探索的方法，可以通過使用電解液添加劑來實現。此外，開發銅箔的保護性表面涂層也可能是一種方法。

其次，所有未來的改進策略都需要在溫度和濕度等現實條件下進行評估，而不僅限于實驗室。研究人員發現，通常情況下，大多數新的防腐策略都是在實驗室非常溫和的環境條件下進行評估的，而不是在現實世界中。

因此，第三項戰略側重于加快評價進程。腐蝕通常是一個緩慢的過程，需要大量的時間來評估，所以成本很高。尋找加速這一進程的方法具有重要意義。

除了現實世界的觀察，研究人員還應該采用實時監測的方法來了解工作電池的腐蝕情況。這將有助于更好地識別電池的健康狀態，更準確地預測電池壽命和av

最后，新的電池設計不斷出現，加劇了這些問題。新的電極材料和電解質不斷被開發，研究人員會定期測試這些新設計的循環性能，但很少測試它們對腐蝕的影響。但新材料可能會相應改變腐蝕機理，因此需要改變防腐策略。

研究人員希望這些建議可以幫助電池開發者在鋰電池的抗腐蝕性方面取得突破，從而延長電池的使用壽命。