醫療（liáo）器械32700全固態鋰電（diàn）池介紹

隨（suí）著對智能手（shǒu）機，電動汽車和可再生能源的需求持續增長，科學家們正在（zài）尋找改進（jìn）鋰離子電（diàn）池（chí）的方法-鋰離子電池是家用電子產品中最常（cháng）見的電池類型，也是電網規模（mó）儲能的有前途的解決方案。提高鋰離子電池的能量密度可以促進具有長效電池的先進技術的（de）發展，以及風能和太陽能的廣泛使用。現在，研究人員在實現這一目標（biāo）方麵取得了重大進展。

由馬裏蘭大學（xué）(UMD)，美國能源部(DOE)布（bù）魯克海文國家實驗室（shì）和（hé）美國陸軍研究實驗室的科學家領導的合作開發並研究了一種能（néng）夠使鋰離子能（néng）量密度增加三倍的新型陰極材料。電池電極。他們（men）的（de）研究成（chéng）果於6月13日在NatureCommunications上發表。
軍工品質的鋰電池，市場的接受度越來越高
“鋰離子電池由陽極和（hé）陰極組成，”UMD科學家和該論文（wén）的主要作者之一的（de）秀林（lín）秀說。“與鋰離子電池中使用的商（shāng）用石墨陽（yáng）極的大容量相比（bǐ），陰極的容量更加有限。陰極材料（liào）始終是進一步提高鋰離（lí）子電池（chí）能量密度的瓶頸。”

UMD的科學家們合成了一（yī）種新（xīn）的陰極材料，這是一種改良的工程形式的三（sān）氟化鐵(FeF3)，由經濟有效和環境友好的元素-鐵和氟組成。研究人員一直對在鋰離子電（diàn）池中（zhōng）使用FeF3等化合物感興趣，因為它們具有比傳統陰極材（cái）料更（gèng）高的（de）容量。

“通常用於鋰離子電池的材（cái）料都是基於（yú）插層化學（xué），”布魯克海文（wén）的化學家和該論（lùn）文的主要作者之一EnyuanHu說。“這（zhè）種類型的化學反應是非常有效的;但是，它隻轉移一（yī）個電子，因此陰（yīn）極容量是有限的（de）。一些（xiē）化合物如FeF3能夠通過更複雜的反應機製轉移多個電子，稱為轉化反應。”
電動汽車用鋰電池對能力密度的要求越來越高（gāo）
盡管FeF3具有增加陰極容（róng）量的潛（qián）力，但（dàn）該化合物在鋰離子電池中的表現並不理（lǐ）想，因為其轉化反應（yīng）存在三個並發症：能效差(滯後)，反應速度慢，副反應可（kě）能導致循環壽命不佳。為了克服（fú）這些挑（tiāo）戰，科學（xué）家們通過一種稱為化學替代的過（guò）程將鈷和氧原子添加到FeF3納米棒中。這（zhè）使科學家能夠操縱反應途徑並使其更具“可逆性”。

“當鋰（lǐ）離子被插入到FeF3中時（shí），這種物質會轉化（huà）為鐵（tiě）和氟化鋰，”該論文的（de）合著者（zhě）和布魯克海文功能（néng）納米材（cái）料中心(CFN)的科學家SooyeonHwang說。“然而，反應不（bú）是完全可逆的。用鈷和氧取代（dài）後，陰極材料（liào）的主要骨（gǔ）架更好（hǎo）地保持，反（fǎn）應變得更加可逆。”
邦力威電動工具（jù）鋰電池有：電鑽鋰電池，掃（sǎo）地機鋰（lǐ）電池，電動（dòng）玩具鋰電池，電動牙（yá）刷鋰電池，平衡車（chē）鋰電池
為了研究反應途徑，科學家們在CFN和（hé）國家同步加速器光源II(NSLS-II)-布魯克海文的兩個DOE科學用戶設施辦公室進行了多次實驗。

首先在CFN，研究人員使用強大的電子束以0.1納米的分辨率觀察FeF3納米棒-一種稱為透射電（diàn）子顯微鏡(TEM)的技術。TEM實驗（yàn）使研究人員能夠確定陰極結構中納米顆粒的確切尺（chǐ）寸，並分析結構在充電-放電過程的不同（tóng）階段之間如何變化。他們看到取代納米棒的反應速度更快。

“TEM是一種用於表征非（fēi）常小尺度材料的強大工具，它還能夠（gòu）實時研究反應過程，”CFN的（de）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（yàng）品區域。我們（men）需要依靠NSLS-II的同步加速器技術來（lái）了解整個電池（chí）的功能。”
鋰電池的放電倍率有（yǒu）1C,2C,3C,5C,10C
在NSLS-II的X射線粉末衍射(XPD)光束線上，科學家們通過陰極材料引導了（le）超亮（liàng）X射線。通過分析光散射（shè）的方式，科（kē）學家們（men）可以“看到”有關材料結（jié）構的其他信息。

“在XPD，我們進（jìn）行了配對分布功能(PDF)測量，能夠檢測大量的當地鐵排序，”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（huà）學替代促（cù）進了電化學的可逆性。”
鋰電池（chí）的壽命有設計壽命和實際使用壽命
在CFN和NSLS-II上結合高度先（xiān）進的成像和顯微技術是評估陰極材料功（gōng）能（néng）的關鍵步驟（zhòu）。

“我們還（hái）進行了基於密（mì）度泛函理論的（de）先進計算方法，以破解原子尺度的反（fǎn）應機（jī）製，”UMD的科學家，該論文（wén）的（de）共同作者肖驥說。“這種方法表明化學替代通（tōng）過減少（shǎo）鐵（tiě）的粒徑和穩定岩鹽相將反應轉（zhuǎn）變為高度可逆的狀態。”UMD的科學（xué）家表示（shì），這種研究策略可以應用於其他高能轉換材料，未來的研究可能使用該方法來改進其他電池係統。

近年來，隨著鋰電技術（shù）的不斷進步（bù）與實際成本逐漸下降，鋰電（diàn）池在電動工（gōng）具（jù）領域的應用越（yuè）來越多，現階段各大巨頭廠商提出電動工具無（wú）繩化的想法後，使得鋰電池在電動工具領域有著廣闊的前景空間。

與此同時，人工智能的興（xìng）起，鋰電家居產品、園林工具等新興智能工具類產品得到了迅速發展的機（jī）會，鋰電池的應（yīng）用（yòng）並不再局限於單個領（lǐng）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（lái）市場（chǎng）趨勢正如清晨的朝（cháo）陽。電動工（gōng）具鋰（lǐ）電化除了市場的推動與自身潛力外，還得到了國家地區政策的支持。例如歐盟早已禁止無線電動工具使用鎳鉻（gè）電池，鋰電電動工具的普（pǔ）及率與替換率也遠遠領先於國（guó）內市場;中國則是重新製定了電動工具鋰電池使用行業標準。

鋰（lǐ）電化無繩化意味著電動工具（jù）將會朝著更小體積、更輕重量、更低噪聲等方向發展，然而仍不可避免“副作用”的出現，那就是鋰電池中的鋰離子熱失控。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（chí）單元功能安全、使用壽命縮短、不穩定性以及可能發生的熱（rè）失控（kòng）。
鋰電池的安全（quán）性能是如何實現的
那（nà）麽鋰電池中鋰（lǐ）離子是如何發生熱失控的呢?如果（guǒ）工具（jù）發生強烈的碰撞或（huò）高處跌落（luò），電池有可能發生變形;材料則會滲透到電池裏，引（yǐn）起內（nèi）部短路或外（wài）部短路的現象;再者過度充電或快速充電時電流（liú）過大，極其有可能會永久（jiǔ）損壞電池。
鋰電池充電方法很多，但無論哪種鋰電池的充（chōng）電首先要包裝安全
熱失控發生後就猶如多米諾骨牌效應一樣，電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（yuè）多、能量密度越高、充放電功率（lǜ）越大，就意味著（zhe）發生起火故障的概率就越高。

為了（le）確保把熱失控的風險降到最低，伊利諾伊大學（xué）芝（zhī）加哥分（fèn）校研究人員（yuán）發布了一份研究報告，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，可以防止（zhǐ）陰極釋放的氧氣與（yǔ）電池內其他（tā）易燃品相結（jié）合，從而降低（dī）起火風（fēng）險，減少事故損失。