觀點(diǎn)：日本研究人員發(fā)現(xiàn)高能量密度鋰氧電池的退化機(jī)制

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據(jù)外媒報(bào)道，日本國(guó)立材料科學(xué)研究所（NIMS）、軟銀公司（SoftBank）和小原光學(xué)公司（Ohara）共同確定了高能量密度鋰氧電池退化背后的詳細(xì)機(jī)制。

（圖片來(lái)源：日本國(guó)立材料科學(xué)研究所）

結(jié)合先進(jìn)技術(shù)的分析研究表明，在循環(huán)過(guò)程中鋰負(fù)極會(huì)嚴(yán)重退化，從而縮短鋰氧電池的循環(huán)壽命。研究人員在鋰電極上使用輕量化的保護(hù)層，可以在不降低鋰氧電池的高能量密度的情況下，極大地延長(zhǎng)鋰氧電池的循環(huán)壽命。

鋰氧電池的重量輕、容量高，比起目前使用的鋰離子電池，單位重量的理論能量密度高達(dá)數(shù)倍。因此，有望成為終極可充電電池。由于這些潛在的優(yōu)勢(shì)，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注將這種電池系統(tǒng)應(yīng)用于廣泛的技術(shù)，如無(wú)人機(jī)和電動(dòng)汽車(chē)。

NIMS一直在開(kāi)展鋰氧電池的基礎(chǔ)研究。該項(xiàng)目的目標(biāo)是，加速研發(fā)大容量可充電電池。2018年，NIMS和軟銀公司聯(lián)合成立先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，旨在將鋰氧電池實(shí)際應(yīng)用于移動(dòng)電話基站、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、HAPS（高空平臺(tái)站）和其他技術(shù)。2021年，該中心成功研制出能量密度近500 Wh/kg的鋰氧電池，大大超過(guò)此前開(kāi)發(fā)的鋰氧電池的能量密度。然而，這種電池的壽命只有10次或更少的充放電循環(huán)，需要經(jīng)過(guò)深入研發(fā)，才能投入實(shí)際使用。

該團(tuán)隊(duì)結(jié)合之前開(kāi)發(fā)的各種先進(jìn)分析技術(shù)，發(fā)現(xiàn)鋰氧電池的鋰金屬負(fù)極在充電/放電循環(huán)時(shí)迅速退化，導(dǎo)致電池中出現(xiàn)明顯的過(guò)電位，從而縮短電池的循環(huán)壽命。

這一結(jié)果與傳統(tǒng)觀點(diǎn)相反，即導(dǎo)致循環(huán)壽命降低的過(guò)電位是由氧正電極中發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)引起的。為了防止鋰金屬負(fù)極退化，研究團(tuán)隊(duì)還開(kāi)發(fā)了一種厚度為6μm的輕量柔性固體電解質(zhì)，并將其集成到鋰氧電池中作為保護(hù)層。結(jié)果顯示，該電池的循環(huán)壽命大幅延長(zhǎng)，而不影響單位重量的高能量密度。

該團(tuán)隊(duì)希望開(kāi)發(fā)新的電池材料，并將其整合到電池中，以在NIMS-軟銀先進(jìn)技術(shù)開(kāi)發(fā)中心加速開(kāi)發(fā)實(shí)用的鋰氧電池。