目前，新能源汽車大多用的是鋰電池、磷酸鐵鋰電池等。一般認(rèn)為，鋰電池電動(dòng)汽車在進(jìn)行800次完全充放電后，電池將衰減到新電池的80%。同時(shí)，研究者們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前鋰電池儲(chǔ)電容量已經(jīng)快到極限，且其不耐撞、易起火爆炸等缺陷也對(duì)人身安全構(gòu)成了威脅。
眾所周知，鋰離子電池的正極主要以鋰為主，負(fù)極為石墨。在鋰離子電池容量將到極限的當(dāng)下，研究者們正在尋求新的突破，創(chuàng)新性地用比容量高、電化學(xué)電壓低的鋰金屬取代石墨。但鋰活性強(qiáng)，甚至比鈉、鎂等金屬都還要高，會(huì)與電池內(nèi)部的電解質(zhì)相互反應(yīng)，從而形成不均勻、易破碎的固態(tài)電解質(zhì)界面（Solid Electrolyte Interface，SEI）。
正常情況下，SEI是鋰離子的優(yōu)良導(dǎo)體，能保護(hù)電池，避免發(fā)生不良反應(yīng)，并讓鋰離子在電極與電解質(zhì)之間來(lái)回游走。對(duì)鋰離子電池性能來(lái)說，SEI是關(guān)鍵。若SEI性能不佳，電池會(huì)存在許多問題。
比如，不均勻的SEI會(huì)導(dǎo)致鋰金屬沉積，形成樹狀鋰晶枝，進(jìn)而造成電池容量損失、充放電效率降低或是刺穿絕緣層與短路，最終導(dǎo)致熱失控，電池起火爆炸，而通常鋰晶枝最容易在負(fù)極形成。
此外，鋰金屬很容易跟空氣中的水分和氧化物起反應(yīng)，在表面易形成氫氣或是氫氧化鋰等絕緣體，進(jìn)一步降低電池的電化學(xué)性能，而氫氣也會(huì)有燃燒與爆炸的危險(xiǎn)。使用時(shí)為了降低風(fēng)險(xiǎn)，通常會(huì)透過封裝技術(shù)，避免電子元件接觸到水、空氣，盡量降低損壞的機(jī)率。
據(jù)有關(guān)媒體報(bào)道，美國(guó)史丹佛大學(xué)和SLAC國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室已研發(fā)出全新的SEI薄膜，將覆涂全新SEI的負(fù)極與其它商用零件相結(jié)合，打造出全新的電池。
試驗(yàn)結(jié)果指出，在160次循環(huán)后，仍能保有85%的容量。研究者表示，全新涂層會(huì)形成分子網(wǎng)絡(luò)，將帶電的鋰離子均勻輸送到電極中，用來(lái)防止不必要的化學(xué)反應(yīng)與生成鋰晶枝，進(jìn)而降低電池失控的風(fēng)險(xiǎn)，這有助于提高鋰電池的穩(wěn)定性。
這并不是第一個(gè)關(guān)注鋰電池負(fù)極的團(tuán)隊(duì)，近期天津大學(xué)與清華大學(xué)的學(xué)者們通過創(chuàng)新的浸涂法研制全新的涂層wax-PEO，打造出具有空氣穩(wěn)定性與防水性的鋰負(fù)極。這種wax-PEO層能在維持鋰離子傳導(dǎo)下，有效抑制鋰晶枝生產(chǎn)。
研究結(jié)果表明，將涂有wax-PEO的鋰負(fù)極放置在相對(duì)濕度高達(dá)70%的環(huán)境中時(shí)，24h后其表面不會(huì)損壞也不會(huì)腐蝕，其容量能維持在85%左右，接觸水后更不會(huì)燃燒或是容量下降。鋰負(fù)極放入電池后，500h后仍維持穩(wěn)定。在300次充放電循環(huán)中，每次循環(huán)的容量衰減率只有0.075%。研究人員指出，該技術(shù)不僅能造福鋰金屬，還可以應(yīng)用在其它穩(wěn)定性較低的電極材料上。
目前，中美兩國(guó)的科學(xué)家在此方面的研究都還屬于最佳化設(shè)計(jì)階段，尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，未來(lái)希望能進(jìn)一步提高電池容量以及使用壽命。還有研究者看好硅負(fù)極，因?yàn)楣枧c鋰離子結(jié)合后可化身為L(zhǎng)i15Si4，一個(gè)硅原子約可以附著4個(gè)鋰離子，電池能以少量負(fù)極材料儲(chǔ)存更多的鋰離子，新型硅電極有望提升20%電池容量。
