研究人员探讨锂电池腐蚀原因 助力向清洁能源转型

据国外媒体报道，在向清洁能源过渡的过程中，锂离子电池因其高能量密度和低成本成为最突出的储能选项之一。然而，由于日历寿命较短，即使是最先进的锂离子电池也难以支持许多重型储能应用。

据说电池的容量已经降到了初始容量的80%，也就是到了日历寿命的末期。为了适应电网规模储能等重负载应用，避免高昂的更换成本，锂离子电池的日历寿命需要达到15-20年左右，但这项技术远没有达到这个水平。研究人员表示，为了使商业重型储能更加成功，需要更加关注锂电池腐蚀的原因以及如何抑制这种腐蚀。

和所有电池一样，锂电池(包括锂离子电池)的日历寿命取决于其在储存和充电循环中的稳定性(抗降解)，循环稳定性取决于负极、正极和电解液的稳定性，包括这些电池组件之间的界面和主要材料的稳定性。为了提高循环稳定性，电化学工作者致力于优化基质材料的结构，调整界面，设计更好的电解液。北京理工大学的张说：然而，在改善——的储存稳定性(决定日历寿命的第二个因素)以及腐蚀如何破坏储存稳定性方面的努力相对较少。"

锂电池可能会储存能量很长时间，而不是回收利用。在储存过程中，会发生各种有害的化学反应，导致组件的降解，特别是电极材料的高反应性，以及收集电流的元素与电解液的不相容性。这种退化(也称为腐蚀)降低了电池的结构稳定性，并最终缩短了日历寿命。因此，要提高储存稳定性，必须着眼于更好地了解腐蚀机理和制定防腐策略。北京理工大学的研究员黄嘉琪说：研究者希望从总体上描述腐蚀和储存稳定性的研究现状，以便更好地了解和解决研究空白。在所有类型的锂电池中，腐蚀在很大程度上仍然是一个有待解决的问题。"

研究人员查阅了这方面的科学文献后认为，锂电池中的腐蚀反应主要涉及三个方面：铝集流体的电化学腐蚀；电池不锈钢外壳的电化学腐蚀：以及负极的电偶腐蚀(两种金属在同一介质中接触时的局部腐蚀现象，电位较低的金属腐蚀速度加快，电位较高的金属腐蚀速度降低)。一般来说，腐蚀是由电极材料与电解质之间的化学反应和电化学反应引起的。

迄今为止，研究者主要集中在三种防腐策略上，包括调节电解质分解反应；电极材料和电解液通过人工涂层隔离；以及电极材料的表面改性以降低其反应性。

研究人员提出了促进锂电池储存腐蚀研究的五条主要建议：

首先，有必要深入研究锂电池中的电偶腐蚀。目前，很少有有效的策略来缓解这种情况。铜集流体的表面改性是一种值得探索的方法，可以通过使用电解液添加剂来实现。此外，开发铜箔的保护性表面涂层也可能是一种方法。

其次，所有未来的改进策略都需要在温度和湿度等现实条件下进行评估，而不仅限于实验室。研究人员发现，通常情况下，大多数新的防腐策略都是在实验室非常温和的环境条件下进行评估的，而不是在现实世界中。

因此，第三项战略侧重于加快评价进程。腐蚀通常是一个缓慢的过程，需要大量的时间来评估，所以成本很高。寻找加速这一进程的方法具有重要意义。

除了现实世界的观察，研究人员还应该采用实时监测的方法来了解工作电池的腐蚀情况。这将有助于更好地识别电池的健康状态，更准确地预测电池寿命和av

最后，新的电池设计不断出现，加剧了这些问题。新的电极材料和电解质不断被开发，研究人员会定期测试这些新设计的循环性能，但很少测试它们对腐蚀的影响。但新材料可能会相应改变腐蚀机理，因此需要改变防腐策略。

研究人员希望这些建议可以帮助电池开发者在锂电池的抗腐蚀性方面取得突破，从而延长电池的使用寿命。