在美国能源部（DOE）阿贡国家实验室的最新研究中，科学家们发现电池的两个端子之一在充电和放电时会发生有趣的化学反应。根据这项研究撰写的论文"Increased disorder at graphite particle edges revealed by multilength scale characterization of anodes from fast charged lithium-ion cells" 发表在 10 月 8 日出版的 Journal of the Electrochemical Society 上。
锂离子电池包含一个带正电的阴极和一个带负电的阳极，它们之间由一种叫做电解质的材料隔开，电解质可以在它们之间移动锂离子。 这些电池中的阳极通常由石墨制成，与许多铅笔中的材料相同。 不过，在锂离子电池中，石墨是由小颗粒组装而成的。 在这些微粒中，锂离子可以通过一种叫做插层的过程插入其中。 当插层过程正常进行时，电池就能成功充放电。 然而，当电池充电过快时，插层过程就会变得更加棘手。 锂离子不能顺利地进入石墨，而是会聚集在负极表面，从而产生 "电镀 "效应，对电池造成终极损害--不是双关语。"电镀是快速充电期间电池性能受损的主要原因之一，"该研究的作者、阿贡电池科学家丹尼尔-亚伯拉罕（Daniel Abraham）说。 "当我们对电池进行快速充电时，我们发现除了阳极表面的电镀层外，电极孔隙内还积聚了反应产物。 结果，阳极本身发生了某种程度的不可逆膨胀，损害了电池性能。
利用一种名为扫描电子纳米衍射的技术，亚伯拉罕和他来自伊利诺伊大学香槟分校的同事们观察到了石墨颗粒的另一个显著变化。 在原子层面上，由于反复快速充电，颗粒边缘的石墨原子晶格变得扭曲，阻碍了插层过程。 他说："基本上，我们看到的是，石墨中的原子网络变得扭曲，这使得锂离子无法在颗粒内部找到它们的'家'--相反，它们会吸附在颗粒上，""我们给电池充电的速度越快，负极的原子结构就会变得越无序，这最终会阻止锂离子来回移动，"亚伯拉罕说。 "关键是要找到防止这种组织损失的方法，或者以某种方式改变石墨颗粒，使锂离子能够更有效地插层。
原文链接：: Saran Pidaparthy et al, Increased Disorder at Graphite Particle Edges Revealed by Multi-length Scale Characterization of Anodes from Fast-Charged Lithium-Ion Cells, Journal of The Electrochemical Society (2021). DOI: 10.1149/1945-7111/ac2a7f
