这种情况发生得太频繁了:你把笔记本电脑插上电源然后走开,几小时或几天后回来发现它已经失去了一些电量,尽管它闲置且未使用。
这种称为自放电的现象让用户和行业都感到沮丧,并且让制造商感到困惑,他们试图确定为什么锂离子电池会随着时间的推移而失去部分电量。
Dalhousie的一名研究人员发现了一个出人意料的常见罪魁祸首,如果将其更换,可能会解决该行业的一个长期问题。
“在商业电池中,有胶带——就像透明胶带一样——将电极固定在一起,并且这种胶带会发生化学分解,从而产生导致自放电的分子,”助理教授迈克尔梅茨格说。Herzberg-Dahn和物理与大气科学系。
“在我们的实验室里,我们做了很多非常复杂的实验来改进电池,但这次我们发现了一件非常简单的事情,这是一件非常简单的事情——它存在于每个塑料瓶中,没有人会想到这会对电池的使用产生如此巨大的影响。锂离子电池会退化。”
意想不到的发现
Metzger博士和他的同事们想了解为什么锂离子电池会自放电。作为他们研究的一部分,他们在将几个细胞暴露在不同的温度下后打开了它们。
看到电池内的电解液呈鲜红色,他们惊呆了,这是他们从未见过的。
然后他们开始探索原因,将装有普通电解质溶液的电池放入四种不同温度的烘箱中。一个在25°C时保持透明,而样品在55°C时呈浅棕色,最高的一个在70°C时呈血红色。他们进行了化学分析并查看了电解液的化学成分。
就在那时,他们发现胶带中的聚对苯二甲酸乙二醇酯或PET分解并产生导致自放电的分子。该分子被称为氧化还原梭,因为它可以移动到电极的正极,然后到达负极,然后返回正极。因此,它在电极之间穿梭并产生自放电,就像锂应该做的那样。问题在于,穿梭分子一直在后台进行,即使电池只是坐在那里,锂也不应该移动。
“这是我们从未预料到的事情,因为没有人关注电池单元中的这些无活性组件、这些胶带和塑料箔,但如果你想限制电池单元中的副反应,确实需要考虑这一点,”他谈到制作的胶带时说来自PET,一种坚固、轻便的塑料,广泛用于包装和汽水瓶。
商业相关
研究人员在两篇新论文中概述了他们的发现,并引起了寻求提高电池性能方法的工业巨头的注意。这两篇论文都发表在《电化学学会杂志》上。
Metzger博士最近访问了一家依赖可靠、持久电池的美国公司,并在听说Metzger博士的新发现后被问及磁带问题。
“自放电对他们来说是一个非常重要的指标,”梅茨格博士说。“其中一位工程师说,‘我听说你们发现PET胶带出了问题。’所以,我向他解释说,这是导致这种自放电的原因,并问他,“你在电池中使用什么?”他说,“PET胶带。”
该信息可能会导致修复,可能涉及用不会降解的更稳定的材料替换PET胶带。
“这是一个与商业相关的发现。这是一件小事,但它绝对可以帮助改进电池,”他说。