太用力推电池的危险

电池的故意缺陷给莱斯大学的科学家们提供了一个窗口，让他们了解锂离子电池发展得太远的危害。莱斯材料科学家唐明(Ming Tang)和研究生杨凯琪(Kaiqi Yang)的模拟显示，在广泛使用的磷酸铁锂中，应力过大阴极可以打开裂缝，并迅速降低电池性能。

工作扩展最近的水稻研究这表明，在构成阴极的颗粒中加入缺陷，可以通过帮助锂更有效地移动，将电池性能提高两个数量级。该实验室随后的模型研究揭示了一个警告。在快速充放电的压力下，含有缺陷的阴极有断裂的危险。

赖斯大学材料科学和纳米工程助理教授唐说:“传统的观点是锂均匀地进入阴极，富含锂的区域平滑地扩展到阴极的中心。布朗工程学院．

在另一个实验室拍摄的x射线图像显示了其他东西。他说:“他们在富含锂和缺乏锂的地区之间看到了一个手指状的边界，就像你把水注入石油一样。”“我们的问题是，是什么导致了这种情况?”

唐说，问题的根源似乎是应力破坏了最初平坦的边界，使其变成波浪状。边界形状的变化进一步增加了应力水平，从而引发裂纹的形成。唐的研究小组的研究表明，这种不稳定性可能会因为电池化合物中一种常见的缺陷而增加，这种缺陷被称为反位，在反位中，铁原子占据了晶体中应该是锂原子的地方。

“正如我们在上一篇论文中所展示的那样，反位可能是一件好事，因为它们加速了锂嵌入动力学，”唐说，“但在这里，我们展示了一个反效应:粒子中太多的反位会促使移动界面变得不稳定，从而产生更多的应力。”

唐认为，阴极的反位数量有一个最佳点:足够提高性能，但太少会增加不稳定性。他说:“你想要一个合适的缺陷水平，这将需要一些试验和错误，以找出如何通过退火颗粒达到适当的数量。”“我们认为我们的新预测可能对实验学家有用。”

莱斯大学

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-副主编Chris Vavra编辑控制工程、CFE媒体与技术、cvavra@cfemedia.com．

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