美称发现电极材料损伤真实原因 充电导致纳米电极形态变化
2011-01-10
来源：EEWORLD
美国能源部西北太平洋国家实验室的材料学家最近在Science上发表文章称，高解析度照片显示，锂离子电池中的纳米氧化锡线在通电时会产生扭曲。作为电池阴极材料的氧化锡细线在锂离子流过后，它会膨胀三分之一，拉长一倍。此外，锂离子将氧化锡从规则排列的晶体转化成为了非晶玻璃材料。这也是为什么锂电池经多次充电和使用后，电极材料产生损伤的真实原因。研究人员Chongmin Wang指出，氧化锡纳米线比块状氧化锡更能经受电流造成的变形。
为了对锂电池实际充电过程进行研究，西北太平洋国家实验室和桑迪亚国家实验室展开了合作，使用特殊装备的透射电子显微镜制成一个微型电池。这个仪器允许他们可以拍摄更小的导线，直径大约200纳米（大约是以前导线宽度的五分之一），而且是在充电时拍摄。微型电池的正极是锂钴氧化物，负极则采用了细的锡氧化物纳米线。研究小组给微型电池充电，在恒定电压时，锂离子穿过锡氧化物导线，而导线膨胀拉长，总体积增加了250%，而且扭曲得像一条蛇。此外，显微镜显示，导线开始是晶体形式，但锂离子把锡氧化物转变成了玻璃状的非晶材料。研究者总结出一个数量，就是有多少变形发生在充电和使用中，就会很快磨损电池材料。尽管如此，锡氧化物的纳米线形式比块状形式的表现要好得多。
研究者未来开展的工作包括拍摄这种微型电池在反复充放电时会发生什么。
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