锂离子电池一种尺寸并不适合所有应用或评估

眼见为实——或者更确切地说，眼见有助于理解，尤其是在涉及支撑锂离子电池的机制时。尽管在手机、计算机等领域几乎无处不在，但锂离子电池的复杂电化学环境仍然不明朗。

为了更好地理解和提高电池性能，研究人员查阅了当前的科学文献，并使用电子显微镜仔细研究了产生电能的电荷转移和锂离子迁移机制。这项研究发表在NanoResearchEnergy上。

“商用锂离子电池被广泛用作储能设备，包括电动汽车、便携式电子产品和电网储能，”天津工业大学教授丁毅说。“在将锂离子电池用于合适的应用时，要考虑能量、功率、充放电率、成本、循环寿命、安全性和环境影响，但每个具体应用都面临着各种不同的挑战。”

例如，存储的能量对便携式电子产品很重要，而成本和安全性对电动汽车更重要。成本和安全性对于电网需求也很重要，但能量密度变得比电动汽车低。这些元素之间的权衡会根据需要而变化，但调整性能的能力受到对电池所用材料的不完全理解的限制。

“活性电极材料是负责电池化学和性能的主要部分，并最终影响构建电池的商业化，”丁说。

“现有商业电极材料系统的循环寿命和能量密度等性能仍有待提高，因此了解其固有的物理和化学性质非常重要，例如锂脱嵌过程中的结构演化/动力学和电极-电解质界面对锂离子电池性能的影响。"

研究人员回顾了电子显微镜的最新进展，以了解传统表征技术在了解商业锂离子电池的结构-活性关系时如何衡量。

“通过与传统表征技术(如X射线衍射和X射线光电子能谱)获得的表征内容进行比较，我们说明了普通电子显微镜的优点和局限性，以及最近开发的先进电子显微表征技术，如原位电子显微镜技术，在这项关键研究中，”丁说。

研究人员研究了先进的电子显微镜和相关表征技术如何提供不同的见解，例如锂离子如何在电池中迁移以产生电荷或电荷转移如何触发能源使用。

他们特别关注锂离子电池正极充放电过程中过渡金属的溶解和电荷转移机制;长期循环过程中正极-电极界面和固体电解质界面的结构和演变;以及电极结构和界面对锂离子迁移的影响。

丁说，结论是需要具有更好成本和性能优势的下一代锂离子电池技术。

“我们提出了将电子显微镜与其他技术相结合以获得更全面信息的可能性，”丁说，并指出电子显微镜在电池评估中存在三个常见限制。

这些包括电子显微镜领域和实际电池之间不一致的电化学环境;不稳定的时间窗口会扭曲与样本演化相关的数据;某些电池无法在纳米尺度上进行定量评估。研究人员指出：“即使存在局限性，这些讨论也使研究人员能够更深入地了解商用锂离子电池如何在微尺度上运行，并为高性能实用电池的设计策略提供指导。”

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