鉅大LARGE | 點擊量：483次 | 2022年10月22日
首次觀測到鋰電池起火原子級圖像，冷凍電鏡變電池研究"大殺器"
隨著電動汽車近年來的廣泛應(yīng)用，開發(fā)新工具和設(shè)計新材料是電池儲能技術(shù)未來突破的關(guān)鍵因素。開發(fā)新工具將有助于揭示導(dǎo)致電池失效的基本過程，并為更好的材料設(shè)計的提供有力指導(dǎo)。
這兩種主旨之間的協(xié)同作用不僅將在短期內(nèi)帶來實際應(yīng)用，而且有助于穩(wěn)定高能電池材料的長期解決方案。
加州大學(xué)洛杉磯分校（UCLA）工程學(xué)院助理教授李煜章和團隊連續(xù)幾年獲得了不少重磅成果，例如，首次捕捉到鋰電池起火原因的原子級圖像，為開發(fā)更安全的電池提供了保障。還開發(fā)了已獲得商業(yè)許可的使用石墨烯籠封裝技術(shù)來改善電池穩(wěn)定性的方法，已經(jīng)申請專利。除電池外，在金屬有機骨架和對氣體分子的成像的原子洞察力方面也有了可喜的研究結(jié)果。
硅電池?zé)o法穩(wěn)定充電？石墨烯籠封裝技術(shù)助實現(xiàn)
高能鋰電池化學(xué)成分如硅、金屬鋰、硫等可促進從化石燃料向可再生能源（太陽能、風(fēng)能）的轉(zhuǎn)變。硅的容量是傳統(tǒng)電池材料的10倍以上，但是由于在充電和放電過程中，硅材料會斷裂并失去電接觸，從而使破碎的粒子失去活性導(dǎo)致硅電池不能再充電。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
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%
2013年，李煜章開始在斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程專業(yè)學(xué)習(xí)，第一個研究項目是石墨烯和硅的材料?！耙驗檠芯宽椖勘仨毷褂秒婄R來觀察石墨烯等材料的原子層，所以我積累了很多操作經(jīng)驗。并不是每個人都會很好地使用電鏡，所以在那之前我已經(jīng)投入了一兩年的時間，來學(xué)會熟練操作儀器。”
該項目始于李煜章對硅電池如何失效的大量研究，硅微粒是低成本的替代品，但是與硅納米微粒不同，硅微粒在電化學(xué)循環(huán)過程中遭受不可避免的顆粒破裂，所以應(yīng)用在實際電池中難以實現(xiàn)穩(wěn)定循環(huán)。
因此，李煜章和團隊研究了一種使用合成的多層石墨烯“籠子”封裝硅微粒（約1-3μm）的方法。石墨烯籠在循環(huán)充電過程中充當機械強度高且柔軟的緩沖膜，即使微粒在籠中膨脹和破裂，也能夠在顆粒和電極水平上保持電連通性。此外，化學(xué)惰性的石墨烯籠形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面，從而最大程度地減少了不可逆的鋰離子消耗，并在早期循環(huán)中迅速提高了庫侖效率。
李煜章對DeepTech說，“我們想看看是否可以從不是納米級的廉價材料能夠使硅工作，這是非常困難的，因為大的硅顆粒會在電池充電、放電過程中破裂。”
