鋰離子電池因其在寒冷天氣中的不良性能而有點出名，這對其一些最重要的應用產(chǎn)生了影響——從在威斯康星州的冬天啟動電動汽車到在火星上飛行無人機。
現(xiàn)在，美國能源部 SLAC 國家加速器實驗室的研究人員發(fā)現(xiàn)了該問題的一個被忽視的方面：在低于冰點的溫度下儲存鋰離子電池會使電池的某些部分破裂并將它們與周圍材料分離，從而降低其蓄電容量.
SLAC 科學家劉一進和博士后李繼洲在觀察陰極的寒冷天氣性能時發(fā)現(xiàn)了這一發(fā)現(xiàn)，即電池在使用時流入的部分電子。最初的研究發(fā)現(xiàn)，在低于零攝氏度的溫度下儲存陰極會導致電池在充電 100 次后比儲存在較高溫度下的電池多損失 5% 的容量。
為了理解其中的原因，研究人員轉(zhuǎn)向了 SLAC 斯坦福同步輻射光源的 X 射線分析方法和李在過去幾年中一直在研究的機器學習技術(shù)的組合。這種組合使他們能夠識別單個陰極粒子——這意味著該團隊可以一次研究數(shù)千個粒子，而他們只能用眼睛識別出少數(shù)粒子。
劉說，這些方法共同表明，低溫正在使陰極內(nèi)的肉丸狀顆粒收縮，并在此過程中使它們破裂——或者使現(xiàn)有的裂縫更加嚴重。而且，由于材料在響應溫度變化時膨脹和收縮的方式不同，極端寒冷也會使陰極與周圍材料分離。
劉說，結(jié)果指出了一些可能的修復方法。通過尋找在溫度響應方面更匹配的電池材料，科學家們可以解決分離問題。這樣做也有助于改善其他電池，因為所有電池在加熱和冷卻時都會膨脹和收縮。通過在電池內(nèi)部設計不同的粒子結(jié)構(gòu)——特別是，用更光滑、不太像肉丸的粒子構(gòu)建它們——研究人員可以幫助防止開裂并提高鋰離子電池的長期容量。
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