日本研究人员发现高能量密度锂氧电池的退化机制

23 03月 2023

2023-03-23 10:14

据外媒报道，日本国立材料科学研究所（NIMS）、软银公司（SoftBank）和小原光学公司（Ohara）共同确定了高能量密度锂氧电池退化背后的详细机制。

（图片来源：日本国立材料科学研究所）

结合先进技术的分析研究表明，在循环过程中锂负极会严重退化，从而缩短锂氧电池的循环寿命。研究人员在锂电极上使用轻量化的保护层，可以在不降低锂氧电池的高能量密度的情况下，极大地延长锂氧电池的循环寿命。

锂氧电池的重量轻、容量高，比起目前使用的锂离子电池，单位重量的理论能量密度高达数倍。因此，有望成为终极可充电电池。由于这些潜在的优势，人们越来越关注将这种电池系统应用于广泛的技术，如无人机和电动汽车。

NIMS一直在开展锂氧电池的基础研究。该项目的目标是，加速研发大容量可充电电池。2018年，NIMS和软银公司联合成立先进技术开发中心，旨在将锂氧电池实际应用于移动电话基站、物联网（IoT）、HAPS（高空平台站）和其他技术。2021年，该中心成功研制出能量密度近500 Wh/kg的锂氧电池，大大超过此前开发的锂氧电池的能量密度。然而，这种电池的寿命只有10次或更少的充放电循环，需要经过深入研发，才能投入实际使用。

该团队结合之前开发的各种先进分析技术，发现锂氧电池的锂金属负极在充电/放电循环时迅速退化，导致电池中出现明显的过电位，从而缩短电池的循环寿命。

这一结果与传统观点相反，即导致循环寿命降低的过电位是由氧正电极中发生的电化学反应引起的。为了防止锂金属负极退化，研究团队还开发了一种厚度为6μm的轻量柔性固体电解质，并将其集成到锂氧电池中作为保护层。结果显示，该电池的循环寿命大幅延长，而不影响单位重量的高能量密度。

该团队希望开发新的电池材料，并将其整合到电池中，以在NIMS-软银先进技术开发中心加速开发实用的锂氧电池。