中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：最近網(wǎng)上一篇叫做《美國(guó)科學(xué)家找到鋰電壽命變短原因》的文章火了，作為一名鋰離子電池行業(yè)的從業(yè)者，多年的經(jīng)驗(yàn)告訴我，一個(gè)電池結(jié)構(gòu)不同、材料不同、使用條件不同都會(huì)對(duì)電池壽命產(chǎn)生一定的影響，因此當(dāng)有人問小編鋰離子電池壽命衰降的原因，小編從來不敢直接給出答案，必定是問過電池體系、使用制度和條件后才能謹(jǐn)慎的給出推斷，所以當(dāng)小編看到這樣一篇言之鑿鑿的文章確實(shí)大跌眼鏡，嚇得小編趕緊找出這篇文章來仔細(xì)研究，但是卻發(fā)現(xiàn)這篇文章思維混亂、概念不清，無奈之下，小編只好到《Science Advance》期刊上找到了這篇文章中所說的“美國(guó)科學(xué)家”的研究成果。
網(wǎng)上文章中所宣稱的“美國(guó)科學(xué)家”名叫Wei Zhang，怎么聽著這么熟悉？沒錯(cuò)，這就是傳說中的張偉。這篇文章的題目應(yīng)該翻譯為《鋰離子在嵌入納米顆粒過程中的局部濃度波動(dòng)現(xiàn)象》，通過摘要我們了解到這篇文章主要是針對(duì)納米LiFePO4材料的嵌鋰動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)即便是Li+嵌入到納米LiFePO4中時(shí)，Li+在納米顆粒內(nèi)部的濃度分布也并不均勻，并且Li+在納米顆粒中的局部濃度還出現(xiàn)了波動(dòng)的現(xiàn)象。
接下來，我們來看看作者在文中想表達(dá)的觀點(diǎn)，作者Wei Zhang采用新的技術(shù)手段對(duì)納米LFP顆粒反應(yīng)過程進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)即便是在單個(gè)的納米顆粒中也存在嵌鋰不均勻的現(xiàn)象，并且還存在局部Li濃度波動(dòng)的現(xiàn)象。那么這一發(fā)現(xiàn)有什么用呢？根據(jù)作者的解釋，這一發(fā)現(xiàn)將為研究單納米顆粒內(nèi)Li擴(kuò)散的微觀動(dòng)力學(xué)研究提供一個(gè)新的視角。
接下來小編為大家簡(jiǎn)單介紹一下Wei Zhang的研究成果。長(zhǎng)期以來，由于鋰離子電池的封閉式結(jié)構(gòu)和金屬Li的高活潑性，導(dǎo)致對(duì)鋰離子電池的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究非常困難，因此對(duì)于鋰離子電池動(dòng)力學(xué)研究的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于理論發(fā)展的速度。但是近年來，原位觀測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，讓我們追蹤單個(gè)活性物質(zhì)顆粒內(nèi)的反應(yīng)過程成為了可能，下圖為作者觀察Li+在納米LFP顆粒中的嵌入反應(yīng)所使用的方法：1）首先，作者制備了片狀的單晶LFP；2）然后將這些片狀LFP材料組裝在用于TEM觀測(cè)的網(wǎng)狀電極上；3）最后組裝為測(cè)試電池。通過這一方法可以在TEM觀測(cè)的同時(shí)對(duì)電池進(jìn)行充放電反應(yīng)。
Wei Zhang的研究表明在LFP嵌鋰的過程中，并不是我們通常的以為的材料從FP相轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)FP的兩相反應(yīng)，在整個(gè)反應(yīng)過程中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的兩相界面，整個(gè)嵌鋰過程應(yīng)該是固溶體反應(yīng)過程。下面的動(dòng)態(tài)圖展示了在3*3nm2的區(qū)域內(nèi)，嵌鋰過程LFP晶體顆粒內(nèi)部的Li濃度的變化（紅色表示高Li濃度，藍(lán)色表示低Li濃度），從反應(yīng)過程可以看到，開始的時(shí)候顯示局部的Li濃度快速升高（0.6-59s），之后Li高濃度的區(qū)域的Li濃度開始下降，最終下降到0.1（在121s），隨后整體的Li的濃度開始升高，達(dá)到0.7（200s），那些最早開始嵌鋰的區(qū)域，反而是最后完成嵌鋰。
Wei Zhang發(fā)現(xiàn)當(dāng)如果將研究區(qū)域進(jìn)一步提高到10*10nm2時(shí)，顆粒內(nèi)Li濃度變化的幅度將大幅減弱，當(dāng)進(jìn)一步將研究范圍提高到20*20nm2范圍時(shí)，Li濃度波動(dòng)的現(xiàn)象幾乎不可見了，這表明在LFP內(nèi)Li濃度的波動(dòng)必須借助高分辨率的手段才能觀察到，這也是在以往的研究中沒有觀察到納米LFP顆粒內(nèi)部Li濃度波動(dòng)現(xiàn)象的原因。
Wei Zhang的這項(xiàng)工作的主要貢獻(xiàn)還是在發(fā)現(xiàn)即便是在單個(gè)納米顆粒內(nèi)部，仍然存在嵌鋰不均勻的現(xiàn)象，并且局部還存在著Li濃度波動(dòng)的現(xiàn)象，這一點(diǎn)為研究LFP材料的嵌鋰動(dòng)力學(xué)提供了新的視角，但作者并沒有提及這一不均勻現(xiàn)象和Li濃度波動(dòng)現(xiàn)象是否會(huì)對(duì)鋰離子電池的壽命產(chǎn)生顯著的影響。很明顯，《美國(guó)科學(xué)家找到鋰電壽命變短原因》這篇文章曲解了原文的內(nèi)容，存在故意夸大、博人眼球的嫌疑。
