此图显示了锂离子(绿色)在石墨阳极中的嵌入。功劳:阿贡国家实验室俗话说欲速则不达。得益于一项新的研究，这项研究试图找出导致快速充电的锂离子电池在电动汽车中性能下降的原因，因此，这句格言对于电池来说可能尤其正确。在美国能源部阿贡国家实验室的新研究中，科学家们发现了电池充电和放电时电池两个端子之一的有趣化学行为。
锂离子电池包含一个带正电荷的阴极和一个带负电荷的阳极，它们被一种叫做电解质的材料分开，电解质在它们之间移动锂离子。这些电池的阳极通常由石墨制成，这种材料在许多铅笔中都能找到。然而，在锂离子电池中，石墨是由小颗粒组装而成的。在这些粒子中，锂离子可以通过一种叫做嵌入的过程自我插入。当插层适当发生时，电池可以成功充放电。
然而，当电池充电过快时，嵌入就变得更加棘手。锂离子不会顺利进入石墨，而是倾向于聚集在阳极表面，导致“电镀”效应，从而对电池造成终端损坏——无意双关。
该研究的作者、阿贡电池科学家丹尼尔·亚伯拉罕(Daniel Abraham)说:“电镀是快速充电期间电池性能受损的主要原因之一。“当我们快速给电池充电时，我们发现除了阳极表面的电镀之外，电极孔内还堆积了反应产物。”因此，阳极本身会经历一定程度的不可逆膨胀，从而损害电池性能。
来自伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的亚伯拉罕和他的同事使用一种叫做扫描电子纳米衍射的技术，观察到石墨颗粒的另一个显著变化。在原子水平上，由于重复快速充电，粒子边缘的石墨原子晶格变得扭曲，阻碍了嵌入过程。“基本上，我们看到的是石墨中的原子网络变得扭曲，这阻止了锂离子在粒子内部找到它们的‘家’——相反，它们镀在粒子上，”他说。
亚伯拉罕说:“我们给电池充电的速度越快，阳极就会变得越原子级无序，这将最终阻止锂离子来回移动。“关键是找到方法，要么防止这种组织损失，要么以某种方式改变石墨颗粒，使锂离子能够更有效地嵌入。”
基于这项研究的一篇论文“快速充电锂离子电池阳极的多长度标度表征揭示的石墨颗粒边缘无序增加”发表在10月8日的《电化学学会杂志》上。
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