低溫對電動汽車 （EV） 電池性能的不利影響是眾所周知的。當(dāng)前的電動汽車電池通過液體電解質(zhì)在電極之間來回移動鋰離子來存儲和釋放電力。低溫會減慢離子的這種運動，從而降低電池電量和充電速率。

然而，一種新技術(shù)提供了一種有前途的替代方案，可以有效解決這些限制。

過去，為了延長續(xù)航里程，汽車制造商增加了電池中使用的電極的厚度。但這些解決方案只會讓事情變得更糟，因為進(jìn)一步限制了快速充電能力，并在給定的電池重量下提供更少的功率。

實現(xiàn)可以在更短的時間內(nèi)充電的高能量密度鋰離子電池將加速公眾對電動汽車的接受度。“即使對于積極的快速充電，為電動汽車電池充電也需要 30 到 40 分鐘，而在冬天，這個時間會增加到一個多小時。這是我們想要解決的痛點，“密歇根大學(xué)機械工程和材料科學(xué)副教授、發(fā)表在《焦耳》雜志上的研究的作者尼爾·達(dá)斯古普塔 （Neil Dasgupta） 說。

開辟電池電極制造新道路

據(jù)說一種制造電池電極的新策略可以在低至 -10°C 的溫度下在 10 分鐘內(nèi)充電。 該戰(zhàn)略采用了由密歇根大學(xué)科學(xué)家開發(fā)的改進(jìn)的電動汽車電池制造工藝，可以在寒冷天氣下實現(xiàn)高電池供電續(xù)航里程和快速充電。

該研究改變了電池的結(jié)構(gòu)并調(diào)整了充電過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。這些改性可以對抗寒冷天氣引起的電解質(zhì)液體變稠，從而減慢鋰離子的運動并延長充電時間。

“我們設(shè)想電動汽車電池制造商可以在不對現(xiàn)有工廠進(jìn)行重大改變的情況下采用這種方法，”Dasgupta 說。

Dasgupta 教授和他的團(tuán)隊開發(fā)了一種策略，利用固體電解質(zhì) （Li3BO3-Li 2CO3） 的原子層沉積，將 3D 電極結(jié)構(gòu)與人工固體電解質(zhì)界面 （SEI） 集成在一起。這些改性增強了低溫和快速充電下的質(zhì)質(zhì)傳輸和界面動力學(xué)，增加了厚電極的可訪問容量（>3 mAh/cm2）。

快速充電 100 次后保持容量

該團(tuán)隊展示的結(jié)構(gòu)和涂層防止了在電池電極上形成阻礙性能的鋰電鍍層。因此，經(jīng)過這些修改的電池即使在非常冷的溫度下快速充電 100 次后也能保持 97% 的容量。

在 6C 的速率和 -10°C 的溫度下，這些集成電極在不鍍鋰的情況下循環(huán) 100 次后，可訪問容量提高了 >500%，容量保持率為 >97%。

此前，Dasgupta 的團(tuán)隊通過在陽極（在充電過程中接收鋰離子的電極）創(chuàng)建尺寸約為 40 μm 的通路來提高電池充電能力。通過用激光噴射石墨來鉆穿石墨，使鋰離子能夠更快地找到停留的地方，甚至深入電極，從而確保更均勻的充電。

這顯著加快了室溫充電速度，但冷充電仍然效率低下。該團(tuán)隊確定了問題：電極表面因與電解質(zhì)反應(yīng)而形成的化學(xué)層。達(dá)斯古普塔將這種行為比作黃油：無論是溫暖還是寒冷，你都可以用刀穿過它，但當(dāng)天氣寒冷時，它要困難得多。如果您嘗試通過該層快速充電，鋰金屬會像交通擁堵一樣積聚在陽極上。

該材料可顯著提高寒冷天氣充電能力

科學(xué)家們在電池上涂了一層薄薄的硼酸鹽碳酸鋰——大約 20 納米厚。事實證明，這種材料有助于在寒冷天氣下將充電效率提高 500%。這些結(jié)構(gòu)修改不僅加速了離子流動，還防止了有害的副反應(yīng)，確保電池即使在結(jié)冰條件下也能發(fā)揮最佳性能。

該團(tuán)隊在密歇根大學(xué)創(chuàng)新伙伴關(guān)系的協(xié)助下申請了專利保護(hù)。Arbor Battery Innovations 已獲得許可并正在努力將該技術(shù)商業(yè)化。Dasgupta 和密歇根大學(xué)在 Arbor Battery Innovations 中擁有經(jīng)濟利益。

開發(fā)工廠就緒流程的后續(xù)工作由密歇根經(jīng)濟發(fā)展公司通過密歇根轉(zhuǎn)化研究和商業(yè)化 （MTRAC） 高級交通創(chuàng)新中心資助。