AEM：极端低温下的多相、多尺度化学力学：在宽温度范围内运行的电池电极

Bunnny

2021-08-22

了解锂离子电池 (LIB) 在极端条件下（例如低温）的行为是在各种应用场景中广泛采用 LIB 的关键。LIB 在低温下性能不佳通常归因于电解液中锂离子传输较差，这推动了新电解液的开发以及电动汽车中流行的电池预热方法。然而，重大的不可恢复的容量损失并没有通过这些措施解决，也没有得到很好的理解。近日，SLAC国家加速器实验室Yijin Liu研究员, 弗吉尼亚理工大学Feng Lin研究员，普渡大学 Kejie Zhao研究员和欧洲同步辐射光源, Peter Cloetens研究员等人报道了复合LiNi_xMn_yCo_zO₂ (NMC, x+y+z=1)正极在极低温度下的多相、多尺度化学机械行为。

文章要点

1）研究了 LIB 复合材料LiNi_xMn_yCo_zO₂ (NMC, x+y+z=1)正极在低温 (low-T) 条件下的结构变形和机械损伤。通过利用一套先进的表征技术，包括基于同步加速器的 X 射线粉末衍射 (XRD)、X 射线吸收近边结构 (XANES)、扩展 X 射线吸收精细结构 (EXAFS)、全场透射 X 射线通过显微镜 (TXM) 和X射线相衬纳米全息断层扫描，系统地阐明了低温下电池正极中的多相多尺度化学力学。

2）观察到在暴露于低温然后恢复到室温后，可逆和各向异性的晶格变形会导致活性正极颗粒的不可逆开裂。在电极尺度上，不同正极复合物的变形在低温下不匹配，导致结构解体，从而不可逆转地引发局部阻抗和粒子失活。

3）结果表明，为了设计在宽温度范围内使用的电池，当电池在不同温度之间切换时，开发结构和形态稳健的电极组件至关重要。

参考文献：

Jizhou Li, et al. Multiphase, Multiscale Chemomechanics at Extreme Low Temperatures: Battery Electrodes for Operation in a Wide Temperature Range. Adv. Energy Mater. 2021, 2102122.

DOI: 10.1002/aenm.202102122

https://doi.org/10.1002/aenm.202102122