KIST使用自主设计的一站式电池分析平台揭开锂离子电池材料降解的秘密

在全球努力实现碳中和的过程中，世界各地的汽车制造商都在积极参与研发，将内燃机汽车转化为电动汽车。因此，提高作为电动汽车核心的电池性能的竞争正在加剧。自 1991 年商业化以来，由于能量密度和效率的不断提高，锂离子电池在从小家电到电动汽车的大多数细分市场中占据主导地位。然而，此类电池中发生的一些现象仍不清楚，例如负极材料的膨胀和劣化。

韩国科学技术研究院（KIST）宣布，由 Jae-Pyoung Ahn 博士（研究资源部）和 Hong-Kyu Kim 博士（高级分析和数据中心）领导的团队已成功实时观察由于锂离子的运动而导致的电池内负极材料的膨胀和劣化。

众所周知，锂离子电池的性能和寿命会受到充放电过程中内部电极材料发生的各种变化的影响。然而，由于主要的电池材料，如电极和电解质，在暴露于空气中时会立即受到污染，因此很难在运行过程中监测这种变化。因此，准确观察和分析锂离子迁移过程中电极材料的结构变化是提高性能和安全性的最重要因素。

在锂离子电池中，锂离子在充电时向阳极移动，在放电时向阳极移动。KIST 研究小组成功地实时观察了硅-石墨复合负极，正在研究其作为高容量电池的商业用途。理论上，硅的充电容量是传统负极材料石墨的 10 倍。然而，在充电过程中，硅纳米粉的体积会翻两番，难以保证性能和安全性。据推测，在硅-石墨复合材料的成分混合过程中形成的纳米孔可以适应电池充电过程中硅的体积膨胀，从而改变电池的体积。

KIST研究团队利用自行设计的电池分析平台，直接观察了充电过程中锂离子向硅石墨复合负极的迁移，并确定了纳米孔的实际作用。

此外，研究小组指出，纳米孔倾向于在锂-硅颗粒（硅锂化）之前储存锂离子（预填充锂化），而微米级孔如先前认为的那样适应硅的体积膨胀。因此，研究团队提出了一种新的方法，适当地分布微米和纳米尺寸的孔，以减轻硅的体积膨胀，从而提高材料的安全性。获 取 更多前沿科技?研究 进展访问：https://byteclicks.com

KIST 电池分析平台通过观察电池的结构变化为材料研究开辟了新视野。

这项工作得到了韩国科学和信息通信技术部 (Jong-Ho Lee) 的支持，作为韩国国家研究基金会 (NRF) 纳米材料源技术开发项目和韩国国家科学技术研究委员会创意融合研究项目的一部分。研究结果发表在最新一期的《ACS能源快报》（IF:23.991，JCR排名前3.21%）上，这是一份电池领域的国际学术期刊。

KIST电池分析平台示意图

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