新能源設（shè）備用32650全固（gù）態鋰電池充電和放電方法

隨（suí）著對智能手機，電動（dòng）汽車和可再生能源的需求持續（xù）增長，科學家們正在尋找改進鋰離子電池的方法-鋰離子電池是家用（yòng）電子產品中最常見的（de）電池（chí）類（lèi）型，也是電網規模儲能的有前途的（de）解決方案。提高鋰離子電池（chí）的能量密度可以促進具有長效電池的先進技術的發展，以及風能和太陽能的廣泛使用（yòng）。現在，研究人員在實現（xiàn）這一目標方麵取得了重大進展。

由馬裏蘭大學(UMD)，美國能源（yuán）部(DOE)布魯克海文國家實驗（yàn）室和（hé）美國陸軍研究實（shí）驗室的科學家領導的合作開發（fā）並研究了一種能夠使鋰離子能量（liàng）密（mì）度增加三倍的新型陰極（jí）材料。電池電極。他們的研究成果於6月13日在NatureCommunications上發表。
什麽是鋰電池的壓降
“鋰離子電池由陽極（jí）和（hé）陰極（jí）組成，”UMD科學家和該論（lùn）文的主要作者之一（yī）的秀林秀說。“與鋰離子電池中使（shǐ）用的商用石墨陽極的大容量相比，陰極的容量更加有限。陰極材料始終是進一步提高（gāo）鋰離子電池能量密度的瓶頸。”

UMD的科學家們合（hé）成了一種新的陰極材料，這（zhè）是一種改良的工程形式的三氟化（huà）鐵(FeF3)，由（yóu）經濟有效（xiào）和環境友好的元素-鐵和氟組成。研究（jiū）人員一直對（duì）在鋰離子電池中使用FeF3等（děng）化合物感興趣，因（yīn）為它們具有比傳統陰極材料更高的容量。

“通常（cháng）用於鋰離子電池的材料都是基於插層化學，”布魯克海文的化學家和該論文的主要作者之一EnyuanHu說。“這種類（lèi）型的化學反應是非常有效的;但是，它隻轉移一個電子，因（yīn）此陰極容量是（shì）有限的。一些化合物如FeF3能夠通過更複雜的反應機製（zhì）轉移多個電子，稱為轉化反應。”
邦力威磷酸鐵鋰電池的電化學性能有充（chōng）電特性，放電特性，低溫特性，壽命
盡管FeF3具有增加陰極容量的潛力，但該化合物在鋰離子電池中的表（biǎo）現並不理想，因為（wéi）其轉化反應（yīng）存在三個並發症：能效差(滯後)，反應速度慢，副反（fǎn）應可能導致循環壽命不佳。為了克服這些（xiē）挑戰，科學家們通過（guò）一種稱為化學替代的過程將鈷和氧原子添加到FeF3納米（mǐ）棒中。這使科學家能夠（gòu）操縱反應途（tú）徑並使其更具“可逆性”。

“當（dāng）鋰離子被插入到FeF3中時，這種物質會轉化為鐵（tiě）和氟化鋰，”該論（lùn）文的合著者和布魯克海文功能納米材料中心(CFN)的（de）科學家SooyeonHwang說。“然而，反應不是完全可逆的。用鈷和氧（yǎng）取代後，陰極材料的主要骨架更好地保持，反應變得更加可逆。”
邦力威鋰（lǐ）電（diàn）池的應用範圍越來越廣泛：儲（chǔ）能，5G設備，機器人，電動工（gōng）具 等等
為了研究（jiū）反應途徑，科學家們在CFN和國家同步加（jiā）速器光源II(NSLS-II)-布（bù）魯克海文的兩（liǎng）個DOE科學用戶設施辦公室進行了多次實驗。

首先在（zài）CFN，研（yán）究人員使用（yòng）強大的電子束以0.1納米的分辨率觀察（chá）FeF3納米棒-一種稱為透射電子顯微鏡(TEM)的技術。TEM實驗使研究人員（yuán）能夠確定陰極結構中納米顆粒的確切尺寸，並分析結構在充電-放（fàng）電過程的不同階段（duàn）之間如何變化。他們看到取代納米（mǐ）棒（bàng）的反應速度更快。

“TEM是（shì）一種用於表征非常小尺度材料的（de）強大工具，它還能夠實時研究反應過程，”CFN的科學家和該研究的共同作者DongSu說。“然而，我們隻能使用TEM看到非常有限的樣品區（qū）域（yù）。我們需要依靠NSLS-II的同步加速器（qì）技術來了解整個電池的功能。”
邦力威鋰電池的低溫性能比鉛酸蓄電（diàn）池要差
在NSLS-II的（de）X射線粉末衍（yǎn）射(XPD)光束線上，科學家們通過陰極材料引導了超亮X射線。通過（guò）分析（xī）光散射的方式，科學家們可以“看到（dào）”有（yǒu）關材料結構（gòu）的其他信息。

“在XPD，我（wǒ）們進行了配對分布功能(PDF)測量，能夠檢測大（dà）量的當地鐵排序（xù），”該論文的合著者和NSLS-II的科學家白建明說。“對放電陰極的PDF分析清楚地表明，化學替代促進了電化學的可逆性。”
邦力威鋰電池的應用範圍越來（lái）越廣泛：儲能，5G設備，機器人，電動工具 等等
在CFN和NSLS-II上結合高度先（xiān）進（jìn）的（de）成像和顯微技術是評估陰極材料（liào）功（gōng）能的關鍵步驟。

“我們（men）還進行了基於密度泛函理論（lùn）的先進計算方法，以破（pò）解原子尺度的反應機製，”UMD的科學家，該論文（wén）的共同作者肖驥說。“這種方（fāng）法表明化學替代通過減少鐵的粒徑和穩定岩鹽相將（jiāng）反應轉變為高度可逆（nì）的狀態。”UMD的科（kē）學家表示，這種研究策略（luè）可以應用於其（qí）他高能轉換材料，未來的研究可能（néng）使用該方法來改進其他電池係統。

近年來，隨著（zhe）鋰電技（jì）術的不斷進步與實際成本（běn）逐漸下降，鋰電池在電動工具領域的應（yīng）用越來越多（duō），現階段各（gè）大巨頭廠商提出電動工具無繩化的（de）想法後（hòu），使（shǐ）得鋰電池在電（diàn）動工具領域有著廣闊的前景空間。

與此同時，人工智能的興起，鋰電家居產品、園林工具等新興智能工具（jù）類產品得到了迅速發展的機（jī）會，鋰電池的應（yīng）用並不再局限於單個領域。其中（zhōng）根據業內人士稱，鋰電類電動（dòng）工具、園林工具未來市場趨勢正如清晨的朝陽。電動工具鋰電化除了市（shì）場的（de）推動與自（zì）身潛力外，還得到了國家地區政策的支持（chí）。例如（rú）歐盟早已禁止無線（xiàn）電動工具（jù）使用鎳（niè）鉻電池，鋰電電動工具的普及率與替換率也遠遠領先於（yú）國內市場;中國則是重（chóng）新製定了電動工具鋰電（diàn）池使用行業標準。

鋰電化無繩化意味著電動工具將會朝著更小體積、更輕重量、更低噪聲等方向發（fā）展，然而仍不可避免“副作（zuò）用”的出現（xiàn），那就是鋰（lǐ）電池中的鋰（lǐ）離（lí）子熱失控。鋰離子的工作溫度範圍是在+15～+45攝氏度之間，如果溫度超出臨界水平，則會導致電池單元功能（néng）安全、使用壽命縮短、不穩定（dìng）性以及可能發生的熱失控。
邦力威低溫鋰電（diàn）池的研發取得很大的進展
那麽鋰（lǐ）電池中鋰離子是如何發生熱（rè）失（shī）控的呢（ne）?如果工具發生強烈的碰撞或高（gāo）處跌落，電池有可能發生變形;材料則會滲透到（dào）電池裏，引起內部短路（lù）或外部短路的現象;再者過度充電或（huò）快速（sù）充電時電流過大，極其有可能會永久損壞電池。
邦力威鋰電池的過放電，會對鋰電池的壽（shòu）命影（yǐng）響非常大（dà）
熱失控發生後就猶如多米諾骨牌效應一（yī）樣，電（diàn）池中儲存的能量會突然釋放，從而產生火災。另外電池數量越多、能量密度（dù）越高、充放電功率越大，就意味著（zhe）發生起火故障的概率就越高。

為了確保把熱失控的（de）風險降到最低，伊利諾伊（yī）大學芝加哥分校研究人員發布了一份研（yán）究報告，報告中表明，石墨烯材料可以從鋰離子電池著火時吸走氧氣（qì），可以防止陰（yīn）極釋放的氧氣與電池（chí）內其他易燃品相結合，從而降低起火風險，減少事故損失。