俗話說，欲速則不達。由于一項旨在確定導致電動汽車中快速充電鋰離子電池性能下降的原因的新研究，這樣的格言可能尤其適用于電池。

在由能源部（DOE）阿貢國家實驗室的美國能源部新的研究，科學家們發現了一個有趣的化學行為電池的為電池充電和放電兩個端子。

鋰離子電池包含一個帶正電的陰極和一個帶負電的陽極，它們被一種叫做電解質的材料隔開，電解質在它們之間移動鋰離子。這些電池中的陽極通常由石墨制成——與許多鉛筆中的材料相同。然而，在鋰離子電池中，石墨是由小顆粒組裝而成的。在這些粒子內部，鋰離子可以在稱為嵌入的過程中自行嵌入。當插層發生正確時，電池可以成功充電和放電。

然而，當電池充電過快時，嵌入就變成了一件棘手的事情。鋰離子不會順利進入石墨，而是傾向于聚集在陽極表面的頂部，從而產生“電鍍”效應，從而對電池造成端子損壞（不是雙關語）。

“電鍍是快速充電期間電池性能受損的主要原因之一，”該研究的作者阿貢電池科學家丹尼爾亞伯拉罕說。“當我們快速給電池充電時，我們發現除了陽極表面的鍍層外，電極孔內還積聚了反應產物。” 因此，陽極本身會發生一定程度的不可逆膨脹，從而損害電池性能。

使用一種稱為掃描電子納米衍射的技術，來自伊利諾伊大學厄巴納-香檳分校的亞伯拉罕和他的同事們觀察到石墨顆粒的另一個顯著變化。在原子水平上，顆粒邊緣的石墨原子晶格由于反復快速充電而扭曲，阻礙了嵌入過程。“基本上，我們看到的是石墨中的原子網絡扭曲，這阻止了鋰離子在粒子內部找到它們的‘家’——相反，它們鍍在粒子上，”他說。

“我們給電池充電的速度越快，陽極的原子序就越混亂，這最終會阻止鋰離子來回移動，”亞伯拉罕說。“關鍵是找到方法來防止這種組織損失或以某種方式修改石墨顆粒，以便鋰離子可以更有效地嵌入。”

一篇基于該研究的論文“通過快速充電鋰離子電池陽極的多長度尺度表征揭示了石墨顆粒邊緣的無序增加”，發表在 10 月 8 日的《電化學學會雜志》上。

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