鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:639次 | 2021年10月09日
日產(chǎn)新技術(shù),可直接觀察鋰離子電池的電子運(yùn)動
日產(chǎn)汽車與日產(chǎn)ARC于2014年三月十三日宣布,開發(fā)出了一種分析方法,可直接觀察鋰離子電池充放電時(shí)正極材料中的電子運(yùn)動作并定量化。采用此方法,“使得高容量鋰離子電池的開發(fā)成為可能,從而有助于延長純電動汽車(EV)的續(xù)航距離”
要開發(fā)容量高、壽命長的鋰離子電池,必須在電極活性物質(zhì)中盡量多儲存鋰,進(jìn)行可出現(xiàn)大量電子的材料設(shè)計(jì)。為此,掌握電池中的電子運(yùn)動十分重要,而以前的分析技術(shù)無法直接觀察電子的運(yùn)動。因此,無法定量識別電極活性物質(zhì)(錳(Mn)、鈷(Co)、鎳(Ni)、氧(O)等)中什么元素可在多大程度上釋放了電子。
此次開發(fā)的分析方法,使得長期存在的課題——探明充放電時(shí)電流的起源并定量把握,“全球首次”獲得了解決(日產(chǎn)汽車)。由此,可準(zhǔn)確掌握電池內(nèi)部發(fā)生的現(xiàn)象,尤其是正極材料含有的活性物質(zhì)的運(yùn)動狀況。此次的成果是由日產(chǎn)ARC與東京大學(xué)、京都大學(xué)、大阪府立大學(xué)共同開發(fā)的。
還使用了“地球模擬器”
此次開發(fā)的分析方法,同時(shí)運(yùn)用了使用“L吸收端”的“X射線吸收分光法”和使用超級計(jì)算機(jī)“地球模擬器”的“第一原理計(jì)算法”。盡管以前也有人采用X射線吸收分光法執(zhí)行過鋰離子電池分析,但使用“K吸收端”為主流。配置在距離原子核最近的K殼層的電子被束縛在原子內(nèi),因此電子并沒有直接參與充放電。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
此次的分析方法因采用了利用L吸收端的X吸收分光法,可以直接觀察參與電池反應(yīng)的電子流動。并且,通過與使用地球模擬器的第一原理計(jì)算法相結(jié)合,以高精度獲得了以前只能間接推斷的電子移動量。
日產(chǎn)ARC將此分析方法用于分析鋰過剩型正極材料。結(jié)果發(fā)現(xiàn),(1)在高電位狀態(tài)下,屬于氧的電子有益于充電反應(yīng);(2)在放電時(shí),屬于錳的電子有益于放電反應(yīng)。