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新技术 可直接观察锂离子电池的电子运动

2020-08-05   点击量:34

日产汽车与日产ARC于2014年三月十三日宣布,开发出了一种分析方法,可直接观察锂离子电池充放电时正极材料中的电子运动作并定量化。采用此方法,使得高容量锂离子电池的开发成为可能,从而有助于延长纯电动汽车(EV)的续航距离。


要开发容量高、寿命长的锂离子电池,必须在电极活性物质中尽量多储存锂,进行可出现大量电子的材料设计。为此,掌握电池中的电子运动十分重要,而以前的分析技术无法直接观察电子的运动。因此,无法定量识别电极活性物质(锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、氧(O)等)中什么元素可在多大程度上释放了电子。


此次开发的分析方法,使得长期存在的课题探明充放电时电流的起源并定量把握,全球首次获得了解决(日产汽车)。由此,可准确掌握电池内部发生的现象,尤其是正极材料含有的活性物质的运动状况。此次的成果是由日产ARC与东京大学、京都大学、大阪府立大学共同开发的。


还使用了地球模拟器


此次开发的分析方法,同时运用了使用L吸收端的X射线吸收分光法和使用超级计算机地球模拟器的第一原理计算法。尽管以前也有人采用X射线吸收分光法执行过锂离子电池分析,但使用K吸收端为主流。配置在距离原子核最近的K壳层的电子被束缚在原子内,因此电子并没有直接参与充放电。


此次的分析方法因采用了利用L吸收端的X吸收分光法,可以直接观察参与电池反应的电子流动。并且,通过与使用地球模拟器的第一原理计算法相结合,以高精度获得了以前只能间接推断的电子移动量。


日产ARC将此分析方法用于分析锂过剩型正极材料。结果发现,(1)在高电位状态下,属于氧的电子有益于充电反应;(2)在放电时,属于锰的电子有益于放电反应。


钜大特种电池工程研究院

钜大特种电池工程研究院

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