电池怕极端温度易罢工？耐受零下60度低温的新研究来了

机器之心报导

编纂：袁铭怿、陈萍

近来，研究发现了一种用于下一代锂离子电池的新型电解量，能够搀扶帮助电动汽车、手机和其他电子产物在极端冰冻温度下运行以至快速充电。

当前，电动汽车越来越受欢送，虽然如斯，总有消费者对其避之不及，此中一个原因在于电动汽车的电池在冷寒天气下所发扬出的性能不尽人意。比来，研究发现了一种用于下一代锂离子电池的新型电解量，它能够搀扶帮助电动汽车、手机和其他电子产物在极端冰冻温度下运行，以至能够快速充电。

不只如斯，电池在卫星、空间探测器和载人航天使命中的潜在用处同样有目共睹，当然所有那些利用都需要在极端冷冷的前提下才气足够运做。在美国，「超越一半的州冬季气温都在零度以下，」该研究的次要做者、马里兰大学帕克分校的博士后研究员 Jijian Xu 说道。「因而，设想出可以在低温下工做的电池至关重要。」

一起头，任何新的电解量可能都比已经贸易化的电解量更高贵。虽然如斯，该研究的第二做者、马里兰大学化学和生物分子工程学传授 Chunsheng Wang 认为，那项新研究中的化合物是用通俗溶剂和盐造成的，没有迫害成分。Jijian Xu 还填补道，在大规模消费时，通过优化合成路子，新型电解量的成本很有可能降低。

下一代高性能锂离子电池可能包罗 NMC811 如许的组件，它由 80% 的镍、10% 的钴和 10% 的锰构成。NMC811 因其量量能够贮存大量能量，而且钴含量低，之所以强调那一点，是因为钴太高贵了，那使其在成本方面具有吸引力。

NMC811 锂离子电池的抱负电解量不只有助于撑持超越 4.5 伏的更高电压，以获得更大的能量密度和 15 分钟内更快的充电速度，并且研究证明该类电解量性能平安，能够在 - 60 到 60 摄氏度的温度范畴内工做，但是，那些只是在抱负形态下。然而，目前还没有一种电解量同时称心所有那些要求。例如，它们的工做温度凡是为 - 20 至 50 摄氏度，而且高度易燃。

Jijian Xu 认为：「根据笔录，美国有史以来的更低气温是阿拉斯加的零下 62 摄氏度，加州的更高气温是 57 摄氏度。我们需要一个更强大的储能系统，可以在极端冰冻温度下可靠地工做。与传统锂离子电池比拟，极限锂离子电池有潜力促进电动汽车、航空和国防利用的操纵。」

目前，电池电解量的开发次要依靠于不竭的试错，「目前我们欠缺电解量设想的批示原则，」Chunsheng Wang 传授说。在那项新研究中，研究人员试图为在极端前提下工做的电池开发通用电解量设想原则。

科学家们专注于创造一种既能连结不变和平安、又能让锂离子电池在大范畴的温度下在高电压下工做的电解量。电解液还需要容许锂离子以相对较低的能量化解，以搀扶帮助电流在电池内部活动，同时也要限造电镀锂的开展，因为电镀锂会降低电池容量，锂峰值会损坏电池内部并招致短路。

用于极端锂离子电池的新型电解量设想供给了快速锂离子传输 [右] 和宽温度范畴 (±60°C) 不变性 [左]。

研究小组的计算表白，一组软溶剂可能是有用的。比拟硬溶剂由原子或离子构成、半径小、电荷高，软溶剂凡是半径大、电荷低。

目前锂离子电池中的电解量溶剂经常与锂离子密切连系以化解锂盐。然而，溶剂和锂离子之间的连系能越大，锂离子从溶液中出来就越困难。在那项新研究中，科学家们发现了一种软溶剂，锂盐能够在此中化解，同时更大限度地削减溶剂和锂离子之间的连系量。

此外，研究人员在电解液中添加了避免锂电镀和在低温下构成脉冲的成分。相反，电极外表构成了相对导电的薄层，撑持锂离子快速活动，以提拔充电效率。

在 4.5 伏锂离子电池 NMC811 阴极和石墨阳极的测试中，设备在 - 50 摄氏度充电和放电时连结其室温容量的四分之三，在 - 60 摄氏度充电和放电时连结一半以上，充电时间约为 15 分钟。

Jijian Xu 说：「我们的发现，为锂离子电池在较广温度范畴内（例如，从佛罗里达的炎热炎天到阿拉斯加的冷冷冬天）为电动汽车供电供给了一种适用的处理计划。此外，极限电池能够用于极地科学研究。或者，极限电池能够用于外太空，好比月球探测。」

虽然如斯，Jijian Xu 强调道：「60 摄氏度的高温性能仍然远远不敷，我们还需投进更多的勤奋来展开进一步的研究。」