中國金宝搏入口188在輕微電濫用下的鈉離子電池安全特性研究中取得新進展
近日，188bet足球工程科學學院精密機械與精密儀器系先進感知、數據融合及智能運維課題組毛磊特任研究員團隊在鈉離子電池輕微電濫用下的安全特性研究中取得新進展，報道了單次輕微電濫用對鈉離子電池容量、阻抗特性和熱穩定性的影響，并揭示了長期電濫用循環下安全特性的退化規律。研究成果以“Revealing the Hazard of Mild Electrical Abuse on the Safety Characteristics of NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2Cathode Sodium-Ion Battery”為題發表在Advanced Science上。
鈉離子(zi)電(dian)池(chi)近年來在儲能(neng)行(xing)業(ye)中的接受度逐(zhu)步提升，其資(zi)源豐(feng)富性(xing)(xing)、成本優勢及高(gao)安全(quan)(quan)性(xing)(xing)成為關鍵驅動力。然而，針(zhen)對電(dian)濫用（如(ru)過(guo)充(chong)、過(guo)放、短路(lu)等極(ji)端(duan)工況）的研究(jiu)仍顯(xian)不足。盡管鈉離子(zi)電(dian)池(chi)因電(dian)解液(ye)穩定性(xing)(xing)高(gao)、熱失控(kong)風險低(di)而被認為安全(quan)(quan)性(xing)(xing)優于(yu)(yu)鋰電(dian)，但現有文獻和(he)(he)產業(ye)報道(dao)多聚焦(jiao)于(yu)(yu)基礎性(xing)(xing)能(neng)優化（如(ru)能(neng)量密(mi)度提升、循(xun)環壽命延長）和(he)(he)場(chang)景應用拓展，對電(dian)濫用條件下(xia)如(ru)何(he)觸發全(quan)(quan)電(dian)池(chi)內的耦合(he)退化，包括(kuo)陰極(ji)、陽極(ji)、界面和(he)(he)熱/電(dian)化學行(xing)為的研究(jiu)尚且匱乏。
圖(tu)1.輕微電濫用(yong)后電池在正常(chang)循環過程中的溫升(sheng)差(cha)異(yi)
(a)充電(dian)(dian)過(guo)程(cheng)電(dian)(dian)壓曲(qu)線；(b)放電(dian)(dian)過(guo)程(cheng)電(dian)(dian)壓曲(qu)線；(c)充電(dian)(dian)過(guo)程(cheng)溫升；(d)放電(dian)(dian)過(guo)程(cheng)溫升
如(ru)圖(tu)1(a-b)所示，鈉離(li)子(zi)電(dian)(dian)池在經(jing)歷輕(qing)微(wei)電(dian)(dian)濫(lan)用后(hou)雖然容量(liang)沒有表現(xian)出明顯變化，但充(chong)放電(dian)(dian)曲線卻(que)出現(xian)了(le)(le)輕(qing)微(wei)波(bo)動(dong)(dong)，同時在隨后(hou)的(de)(de)循環(huan)過程中產生了(le)(le)明顯的(de)(de)溫升差(cha)異，溫差(cha)的(de)(de)波(bo)動(dong)(dong)見(jian)圖(tu)1(c-d)。輕(qing)微(wei)電(dian)(dian)濫(lan)用對鈉離(li)子(zi)電(dian)(dian)池的(de)(de)影響不是(shi)由單個組件的(de)(de)獨立失效引起的(de)(de)，而是(shi)多組件協同退(tui)化的(de)(de)結果，因此，電(dian)(dian)池內(nei)部的(de)(de)電(dian)(dian)化學特性發生了(le)(le)改變并且降低了(le)(le)電(dian)(dian)池材(cai)料的(de)(de)熱穩定性。
據此，作者采(cai)用先進的(de)電(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)測試和(he)(he)材(cai)料表征技(ji)術，研究(jiu)了(le)(le)(le)鈉(na)離子(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)在(zai)單次(ci)輕(qing)(qing)微(wei)電(dian)(dian)濫(lan)用和(he)(he)長(chang)期輕(qing)(qing)微(wei)電(dian)(dian)濫(lan)用循環(huan)下(xia)安(an)(an)(an)全(quan)特性(xing)(xing)的(de)降解(jie)機制和(he)(he)途徑。圖2展示了(le)(le)(le)本文采(cai)用的(de)技(ji)術路(lu)線(xian)，發(fa)現單次(ci)輕(qing)(qing)微(wei)電(dian)(dian)濫(lan)用對電(dian)(dian)池(chi)(chi)容量的(de)影響很小，但(dan)會顯著(zhu)改變活(huo)性(xing)(xing)電(dian)(dian)極材(cai)料的(de)界(jie)面(mian)阻(zu)抗和(he)(he)性(xing)(xing)能(neng)。過充(chong)會使固體(ti)電(dian)(dian)解(jie)質(zhi)界(jie)面(mian)阻(zu)抗增大，副反(fan)應加劇(ju)，而過放(fang)則導(dao)(dao)(dao)致(zhi)固體(ti)電(dian)(dian)解(jie)質(zhi)界(jie)面(mian)溶解(jie)和(he)(he)活(huo)性(xing)(xing)物質(zhi)損(sun)失(shi)(shi)。輕(qing)(qing)微(wei)過充(chong)還降低了(le)(le)(le)熱(re)失(shi)(shi)控的(de)觸發(fa)溫度，加速了(le)(le)(le)鍍鈉(na)導(dao)(dao)(dao)致(zhi)的(de)升溫速率，顯著(zhu)增加了(le)(le)(le)熱(re)失(shi)(shi)控風險。相比之(zhi)下(xia)，過放(fang)電(dian)(dian)對熱(re)失(shi)(shi)控行為(wei)的(de)影響較小，可能(neng)還會略微(wei)延遲過充(chong)誘導(dao)(dao)(dao)熱(re)失(shi)(shi)控的(de)發(fa)生。對于(yu)遭受(shou)長(chang)期輕(qing)(qing)微(wei)電(dian)(dian)濫(lan)用的(de)鈉(na)離子(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)則會表現出(chu)顯著(zhu)的(de)電(dian)(dian)化(hua)(hua)學(xue)性(xing)(xing)能(neng)退(tui)化(hua)(hua)，且導(dao)(dao)(dao)致(zhi)陽極表面(mian)鍍鈉(na)積(ji)累，而鍍鈉(na)程度與過充(chong)電(dian)(dian)次(ci)數呈正相關。該研究(jiu)不僅闡明(ming)了(le)(le)(le)輕(qing)(qing)微(wei)電(dian)(dian)濫(lan)用下(xia)鈉(na)離子(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)安(an)(an)(an)全(quan)特性(xing)(xing)的(de)退(tui)化(hua)(hua)機理，也為(wei)鈉(na)離子(zi)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)優化(hua)(hua)設計和(he)(he)安(an)(an)(an)全(quan)性(xing)(xing)評估提(ti)供了(le)(le)(le)理論支持。
圖2.本(ben)研究采用的技術(shu)路(lu)線
188bet足球工程科學學院博(bo)士(shi)研究生桂青(qing)華為(wei)論文(wen)的(de)第一作者(zhe)，毛(mao)磊(lei)特任研究員為(wei)論文(wen)的(de)唯一通訊作者(zhe)。該(gai)項工作得到了基金委(wei)、中國科學院、安徽省及合肥市等部門(men)的(de)資助。
文章鏈接：DOI: 10.1002/advs.202501649
（工程(cheng)科學學院、科研部）
