大國(guó)院士 第二百三十七章解決鋰枝晶難題的關(guān)鍵

能解決鋰電池中的鋰枝晶問(wèn)題，證明這條思路和理論是完全沒(méi)有問(wèn)題的。

但是于振研究員制造出來(lái)的人工sei薄膜卻沒(méi)有達(dá)到理想中的效果，這引起了徐川的好奇和深思。

在他的推測(cè)中，這種問(wèn)題不應(yīng)該出現(xiàn)。

鋰枝晶問(wèn)題本就是析鋰問(wèn)題的一部分，如果鋰枝晶問(wèn)題能被解決的話，那么析鋰問(wèn)題也應(yīng)該能得到解決，或者至少能得到一部分的解決。

然而手上的檢測(cè)結(jié)果卻告訴他，析鋰問(wèn)題并沒(méi)有得到解決，甚至更加對(duì)嚴(yán)重了。

這讓徐川有些百思不得其解。

盯著手中的檢測(cè)結(jié)果，徐川認(rèn)真的翻閱的起來(lái)。

從數(shù)組對(duì)照實(shí)驗(yàn)來(lái)看，應(yīng)用了這種新型人工sei薄膜的鋰離子電池，對(duì)照原本的鋰離子電池，負(fù)極析鋰的效率更高。

如果原先的鋰離子的庫(kù)倫效率在99949996區(qū)間的話，那應(yīng)用了新型人工sei薄膜的鋰電池，庫(kù)倫效率降低到了9991992左右。

別看只有零點(diǎn)零三、四左右占比，但實(shí)際上，它對(duì)于充電循環(huán)次數(shù)的影響極大。

“有意思，到底是什么原因造成了這個(gè)問(wèn)題”

看著對(duì)照實(shí)驗(yàn)的表格數(shù)據(jù)，徐川摸著下巴思索著。

上輩子他可沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)這個(gè)問(wèn)題，這種新型人工sei薄膜也廣泛的應(yīng)用到了社會(huì)各界。

這說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)是解決了的。

他很相信自己的記憶力，對(duì)于這種重要的東西，哪怕重生過(guò)一次，也過(guò)了好些年的時(shí)間，也不可能記錯(cuò)什么。

“是實(shí)驗(yàn)步驟出了問(wèn)題，還是說(shuō)材料出現(xiàn)了問(wèn)題”

盯著對(duì)照數(shù)據(jù)，徐川將一個(gè)個(gè)猜測(cè)排除，最終留下了兩個(gè)可能性最大的想法。

“樊師兄，麻煩給我準(zhǔn)備幾組制造這種人工sei薄膜的材料。”

思索了片刻，確定心中的想法后，徐川起身吩咐道，他準(zhǔn)備自己親自動(dòng)手做一下實(shí)驗(yàn)。

畢竟數(shù)據(jù)看的做多，也沒(méi)有自己動(dòng)手來(lái)一次感悟的更深。

他有預(yù)感，這個(gè)問(wèn)題可能并不是很復(fù)雜，但如果找不到關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，怎么實(shí)驗(yàn)都不會(huì)搞定。

sei薄膜，指的是液態(tài)鋰離子電池首次充放電過(guò)程中，電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng)，形成的一層覆蓋于電極材料表面的鈍化層。

這種鈍化層是一種界面層，具有固體電解質(zhì)的特征，是電子絕緣體卻是i的優(yōu)良導(dǎo)體。

電解液中的i離子可以經(jīng)過(guò)該鈍化層自由地嵌入和脫出，因此這層鈍化膜被稱(chēng)為“固體電解質(zhì)界面膜”，英文單詞ideectroyteterace，縮寫(xiě)sei。

這就是sei膜的由來(lái)。

但天然形成的sei膜并不穩(wěn)定，自發(fā)形成的界面質(zhì)量差，難以控制i離子的沉積的態(tài)，會(huì)導(dǎo)致電池短路、析鋰嚴(yán)重、爆炸、起火、自燃等各種問(wèn)題。

因此在電池制造的時(shí)候，研究員就想辦法人工制造了一種sei膜，用來(lái)代替天然sei膜，起到穩(wěn)定鋰電磁、擴(kuò)大電池容量、提升電極的循環(huán)性能和使用壽命等幫助。

經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，目前的人工sei膜的種類(lèi)很多，使用的材料也不盡相同。

比如氧化亞硅、乙酸甲酯、三氧化二鋰等等。

不同的負(fù)極材料及不同的電解液需要配套不同的人工sei膜。

所以這是個(gè)很龐大，且很獨(dú)立的市場(chǎng)。

徐川瞅準(zhǔn)的也是這一點(diǎn)。

因?yàn)樗芾@過(guò)其他國(guó)家或者研究所的專(zhuān)利。

一種新型的人工sei薄膜，如果能解決鋰枝晶、析鋰等問(wèn)題，那么它就能發(fā)展出獨(dú)一無(wú)二屬于自己的專(zhuān)利。

且別人根本就無(wú)法忽視。

畢竟目前大家使用的電池容量都差不多，而新電池的容量翻倍的話，你不用，別人用了就會(huì)搶占所有的市場(chǎng)。

畢竟相同的價(jià)格，別人的續(xù)航能翻一倍，誰(shuí)都知道該怎么選擇。

除非你能自己研發(fā)出來(lái)。

但是這種可能性太小了，真要那么容易，早就弄出來(lái)了。

花費(fèi)了幾天的時(shí)間，徐川親手制造了一些人工sei薄膜，并應(yīng)用到了新電池上做出測(cè)試實(shí)驗(yàn)。

測(cè)試結(jié)果如之前于振研究員制造的sei膜一樣，鋰枝晶問(wèn)題得到了解決，但析鋰和鋰沉積問(wèn)題依舊存在。

這讓徐川確定了并非實(shí)驗(yàn)步驟有問(wèn)題，那么剩下的就只有材料了。

“是人工sei材料有問(wèn)題嗎”

看著實(shí)驗(yàn)室中正進(jìn)行充放電循環(huán)測(cè)試的電池，徐川的目光仿佛猶如透視一般，深入了鋰電池中，看到了正在不停搬運(yùn)鋰離子的負(fù)極薄膜。

“不，這種人工sei膜沒(méi)問(wèn)題，我曾經(jīng)拆開(kāi)檢測(cè)過(guò)市面上的鋰離子電池研究過(guò)，這種成熟的商業(yè)用品不可能有缺陷。”

“如果是這樣的話，那么導(dǎo)致鋰離子出現(xiàn)析鋰、鋰沉積等問(wèn)題的原因，可能出現(xiàn)在電解液中。”

“或許是電解液出現(xiàn)了問(wèn)題，可能是電解液與人工sei膜并不匹配導(dǎo)致的。”

腦海中，一項(xiàng)項(xiàng)的信息在不斷的被剖析，利用未來(lái)二十年的眼光，徐川在不斷的迅速排查著問(wèn)題。

人工sei材料有問(wèn)題這一選項(xiàng)被他直接排除。

這就是他的優(yōu)勢(shì)。

如果是其他的研究所或者實(shí)驗(yàn)室，絕對(duì)會(huì)將目光繼續(xù)鎖定在人工sei上，認(rèn)為它不完善，會(huì)想盡辦法繼續(xù)改進(jìn)。因而浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力。

但徐川不同，他是站在巨人的肩膀上展望未來(lái)，那些地方有問(wèn)題，他可以憑借先知般的經(jīng)驗(yàn)來(lái)直接排除。

而其他實(shí)驗(yàn)室或研究所，即便是懷疑可能是電解液出了問(wèn)題，也不敢像他一樣這般確定。

確定問(wèn)題并非出自人工sei薄膜上后，他迅速找來(lái)了這種新電池使用的電解液。

鋰離子電池的電解液一般由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、必要的添加劑等原料，在一定條件下、按一定比例配制而成的。

川海材料研究所使用的電解液，是市場(chǎng)上很常見(jiàn)的種類(lèi)。

主要由環(huán)狀碳酸酯、碳酸乙烯、二氟草酸硼酸鋰等材料構(gòu)成，此外還有一些其他的添加材料。

其中環(huán)狀碳酸酯是一種性能優(yōu)良的有機(jī)溶劑，可溶解多種聚合物，是鋰電池中最常見(jiàn)的一種有機(jī)溶劑。

而碳酸乙烯則是一種不可或缺的添加劑，它添加到電解質(zhì)中可以顯著的提高電池性能。

至于二氟草酸硼酸鋰則是電解質(zhì)鋰鹽，用于運(yùn)載鋰離子。

三種主要材料，都是相當(dāng)常見(jiàn)的東西，有著各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

徐川并沒(méi)有理會(huì)其他的稀少添加材料，直接將目光鎖定在了這三種主要材料上。

大規(guī)模且異常的析鋰反應(yīng)和科學(xué)直覺(jué)告訴他，問(wèn)題大概率出在這三種材料中的一種中。

思索了片刻后，徐川將目光鎖定了碳酸乙烯和二氟草酸硼酸鋰上。

這兩種材料相對(duì)于環(huán)狀碳酸酯來(lái)說(shuō)，更容易出問(wèn)題。

環(huán)狀碳酸酯的性能很穩(wěn)定，是目前市面上很多鋰離子電池都會(huì)使用的有機(jī)溶劑，如果它出現(xiàn)了問(wèn)題，那么鋰電池的的庫(kù)倫效率基本提升不到9995以上。

但目前市面上的電池，庫(kù)倫效率基本都在9995以上，所以它應(yīng)該可以先排除。

至于碳酸乙烯和雙草酸硼酸鋰，徐川想了想，將最終的選擇鎖定在二氟草酸硼酸鋰這種鋰電解質(zhì)上。

原因一樣，碳酸乙烯同樣是電解液中常用的添加劑，它幾乎存在于每一種類(lèi)型的鋰離子電池中，適應(yīng)性相當(dāng)廣。

而二氟草酸硼酸鋰則不同，盡管市面上很多鋰離子電池都是使用的這種電解質(zhì)鋰鹽，但它有著自身的缺陷。

比如它的溶解度差，離子電導(dǎo)率相對(duì)較低等問(wèn)題。

且更關(guān)鍵的是，它與鋰離子電池的負(fù)極材料，一般是集流體鋁形成穩(wěn)定的鈍化膜。

盡管它能保護(hù)負(fù)極集流體鋁免受電解液的腐蝕，但也會(huì)在一定程度上干擾鋰離子的通過(guò)。

毫無(wú)疑問(wèn)，它是三種材料中最值得懷疑的。

確定了目標(biāo)，徐川也沒(méi)有繼續(xù)浪費(fèi)時(shí)間，直接開(kāi)始了實(shí)驗(yàn)。

他并沒(méi)有將這份工作交給研究所的其他人，而是親自動(dòng)手。

測(cè)試方法很簡(jiǎn)單，既然懷疑二氟草酸硼酸鋰有問(wèn)題，那就直接換一種電解質(zhì)鋰鹽。

能代替它的產(chǎn)品有很多，無(wú)論是常規(guī)無(wú)機(jī)電解質(zhì)鋰鹽中的高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰等材料；還是有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽中的雙草酸硼酸鋰、雙二氟磺酰亞胺鋰等材料都可以代替。

做一些簡(jiǎn)陋的實(shí)驗(yàn)室電池，用不了多長(zhǎng)的時(shí)間。

不到六個(gè)小時(shí)，徐川就完成了整體的實(shí)驗(yàn)，不僅更換了電解質(zhì)鋰鹽材料，還完成了新電池的初步檢測(cè)。

然而結(jié)果卻讓徐川皺起了眉頭。

更換了電解質(zhì)鋰鹽材料后，析鋰和鋰沉積問(wèn)題，依舊沒(méi)有解決。

“問(wèn)題竟然不在鋰鹽上”

看著初步測(cè)試結(jié)果，徐川有些驚詫。

按照他的分析，鋰鹽出問(wèn)題的概率高達(dá)百分之八十以上，可實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻表示問(wèn)題并非出現(xiàn)在鋰鹽上。

如果不是鋰鹽，那是哪里出了問(wèn)題

有機(jī)溶劑亦或者添加劑

一個(gè)個(gè)的去排查，很麻煩的，電解液中的添加材料有不少，而且每一種材料的改變，都要考慮與其他材料的適配性。

對(duì)于川海材料研究所這種以前幾乎沒(méi)有任何電池研發(fā)經(jīng)歷的實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，沒(méi)有任何以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以參考，可以說(shuō)要從頭來(lái)過(guò)了。

想了想，徐川對(duì)手中的工作重新做了個(gè)安排。

對(duì)于電解質(zhì)鋰鹽的后續(xù)測(cè)試，他交給了實(shí)驗(yàn)室中的其他人。

畢竟一兩次的實(shí)驗(yàn)還是有遺漏性的，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，才能確定電解質(zhì)鋰鹽有沒(méi)有問(wèn)題。

至于他自己，則對(duì)碳酸乙烯這種常用添加劑展開(kāi)了研究。

盡管沒(méi)有從電解質(zhì)鋰鹽上找到問(wèn)題，但徐川依舊相信，導(dǎo)致析鋰和鋰沉積問(wèn)題的關(guān)鍵，在電解液上。而且一定會(huì)是在三種主要材料上。

針對(duì)碳酸乙烯的研究，和電解質(zhì)鋰鹽一樣，他干凈利落的選擇了直接更換材料。

單純的檢測(cè)問(wèn)題，判斷對(duì)應(yīng)的材料有沒(méi)有問(wèn)題，不考慮適配性什么的，這是最快，最有效的辦法。

材料研發(fā)盡管是一件碰運(yùn)氣的事情，但經(jīng)驗(yàn)和數(shù)學(xué)分析，能幫助研發(fā)人員做出相對(duì)正確的選擇，極大的縮減研發(fā)時(shí)間與需要投入的成本。

將碳酸乙烯更換成另一種作用近似的臭代碳酸酯后，徐川重新對(duì)電池做了檢測(cè)。

本沒(méi)抱多少希望的檢測(cè)，結(jié)果卻讓他大為驚訝。

在更換掉碳酸乙烯后，鋰離子電池的析鋰與鋰沉積速度竟然得到了相當(dāng)大的改善。

在使用碳酸乙烯作為提高電池性能的添加劑時(shí)，新電池的庫(kù)倫效率最高也只有9993左右。

而在更換成臭代碳酸酯后，新電池的庫(kù)倫效率竟然提升到9998左右。

005個(gè)百分點(diǎn)的提升，這足以充放電循環(huán)次數(shù)提升三百到是四百次了。

但缺點(diǎn)也有，在更換了碳酸乙烯后，鋰電池的性能下降了不少。

比如充電速度降低了近百分之十八，電解液的活化性能也降低了不少。

不過(guò)相對(duì)比析鋰問(wèn)題得到解決，這些都是可以接受的。

“問(wèn)題居然出在碳酸乙烯上這真難以相信。”

看著檢測(cè)結(jié)果，徐川再度驚詫。

如果他沒(méi)記錯(cuò)的話，碳酸乙烯這種添加劑，在未來(lái)的鋰離子電池、鋰金屬電池、甚至是鋰硫電池中都有使用。

因?yàn)橄鄬?duì)其他的添加劑來(lái)說(shuō)，碳酸乙烯對(duì)于鋰電池電池性能的提升相當(dāng)高，其他的添加劑根本就無(wú)法相比。

這也是他并沒(méi)有怎么想過(guò)問(wèn)題會(huì)出現(xiàn)在這上面的原因。

但現(xiàn)在，實(shí)驗(yàn)結(jié)果明明白白的告訴了他，導(dǎo)致析鋰和鋰沉積的罪魁禍?zhǔn)拙褪翘妓嵋蚁?p/> “真是很難相信啊。”

盯著檢測(cè)結(jié)果，徐川再度陷入了沉思。

解決了析鋰問(wèn)題，本應(yīng)該是一件很讓人高興的事情，但他卻對(duì)此產(chǎn)生了懷疑。

在未來(lái)米國(guó)那家研究所解決鋰枝晶問(wèn)題的時(shí)候，肯定也遇到過(guò)這種問(wèn)題，只是，他們依舊選擇了碳酸乙烯作為添加劑。

這是為什么

碳酸乙烯作為添加劑，的確能提升鋰電池的性能，但如果它是導(dǎo)致鋰枝晶問(wèn)題的罪魁禍?zhǔn)祝敲丛趺炊紤?yīng)該將其更換掉來(lái)著。

為什么那家研究所沒(méi)有這么做

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，徐川有些想不通了。