锂电池的低成本终身提升---凯利讯半导体

　　佛罗里达州的威廉斯 - 想要提高锂离子电池的使用寿命，而不是让房子着火?台湾工业技术研究院(ITRI，新竹)正在提出一种快速修复解决方案：OEM可以应用于电池电极的复合粘贴。ITRI公司声称，通过测试数据支持，其ChemSEI-Linker浆料使锂离子电池的使用寿命提高到70%。工研院还表示，ChemSEI-Linker是一种绿色技术，因为它可以在锂离子电池使用寿命结束时更容易地回收利用。

　　ITRI在分析为什么电极似乎是导致锂离子电池在现场失效的薄弱环节之后，设计了材料。(研究人员考虑到性能下降，而不是导致火灾或爆炸的失败;这些失败已被追踪到树突)。

　　在调查文献并对其实验室中最有可能的元凶进行测试后，工研院得出结论认为，全寿命失败的主要原因是从第一次充电循环开始建立掠夺性固体电解质界面(SEI)层。堆积层在电池寿命期间变厚，逐渐降低其性能，直到其工作如此糟糕以致需要更换。

　　工研院表示，ChemSEI-Linker通过沉积自己的纳米级厚SEI层来抑制自然积累。沉积的SEI在再充电过程中排斥进一步积累，就像在铝上沉积一个单层的氧化物一样，防止了更多积累，从而使铝不生锈。

　　工研院的ChemSEI-Linker是一种具有独特成分和结构的人造纳米级固体电解质界面，可稳定锂电池电极，使电池寿命延长70%。

　　“正常的SEI形成与树木年轮相似。在每个充电周期中，电极表面发生有机电解质的不可逆电化学分解。工业材料与化学研究实验室首席技术官潘敬平告诉“电子工程专辑”：“这种分解在活性材料表面堆积了一个组成越来越复杂的层，名为固体电解质界面。在11月9日宣布之前接受采访。“性能下降的结果是连续的SEI形成。随着SEI变得更厚，锂离子从电解质向活性材料的输送变得更加困难。此外，SEI表面上的锂离子本身倾向于降低或嵌入在SEI层内，导致游离锂的损失。最终，这种损失导致了阳极的正向潜在转变，导致电池无法使用。“

　　台湾工业技术研究院正在寻求美国专利复合粘贴，OEM可以应用于电池电极，以防止固体电解质界面建设，从而将电池寿命延长到70%。

　　为了克服这种自然过程，ITRI的化学家们寻找了一种能够抑制阳极上SEI层的不断增厚的方法，并且发现有意沉积第一层SEI抑制了再充电过程中更多层的生长。虽然这个过程类似于在铝上生长单一的氧化层以防止生锈，但是工研院的SEI公式更复杂许多个数量级。正如Pan所描述的，“ChemSEI-Linker是一种集成的，多功能的，独特的组合结构，它将有机超支化聚合物材料与硅烷型连接剂，导电添加剂和导电金属离子无机结构材料原位结合在一起。

　　锂离子电池系统嵌入材料，提供多保护机制，以提高电池供电的电子产品的性能。

　　当电极糊被混合时，保护膜在活性电极材料的表面上形成。在实验室测试中，研究院研究人员发现，薄膜为正常电极膏的各种组分(如活性电极材料，导电添加剂和粘合剂)之间的界面提供应力缓冲和功能保护。

　　“该糊剂可作为双面精密涂层应用，并烘焙制造ChemSEI-接头电极。SEI膜强烈地粘附到活性电极材料上。得到的电极具有高耐久性和高稳定性，并且可以组装成独特的电池。ChemSEI-Linker也可以用作胶粘剂，用于连接活性电极颗粒，导电添加剂和粘合剂。“Pan说。

　　材料和应用过程将使锂离子电池材料的制造成本提高7%到10%，但是对于产品寿命70%的潜在延长，这是一个可以接受的平衡。潘指出，涂层保持放置，几乎完好无损，在整个电池的使用寿命。

　　实验室结果

　　除了收集关于配方性能的测试数据之外，ITRI还对其进行了反向设计，以解释过程如何以及为何保留电池寿命，从而能够在更长的时间内保持更高的能量输出，同时还能实现更安全的操作，更高的耐压性能更快的充电/放电周期。

　　“随着能源密度越来越高的需求，电池制造商的通常技术是通过碾压达到目标。然而，高压轧制造成的裂纹会造成损失，“潘说。“ChemSEI-Linker电极可将ChemSEI-Linker的电极从85 kgf(千克力)提高到220 kgf，在标准折叠测试后不会产生任何裂缝。此外，ChemSEI-Linker在活性物质颗粒表面形成一层坚韧的保护层，有效防止电解质破坏颗粒。这样可以减少充/放电过程中一次和二次颗粒中的微裂现象。“

　　更详细地说，IRTI的生命周期测试是用标准的1C充电和1C放电在2.4到4.2伏特和25℃下进行的。结果表明，ChemSEI-Linker改性的锂镍锰钴(NMC)对棱柱电池的容量保留率在995次测试循环后优于97%。这一结果表明，ChemSEI-Linker有效地保护了NMC棱柱形电池的阴极，并且能够防止放电容量损失，将电池的潜在使用寿命延长到超过3000次充/放电循环。

　　台湾工业技术研究院正在寻求美国专利复合粘贴，OEM可以应用于电池电极，以防止固体电解质界面建设，从而将电池寿命延长到70%。

　　“ChemSEI-Linker改造的NCA [锂镍钴铝氧化物]电池的使用寿命可以达到1,400次(容量保持率为80%)，比未修改的电池寿命延长70%”，Pan说。“由于DCIR的增加与阳极材料表面的SEI的增加成正比，所以ChemSEI-Linker修饰也相对于未修饰的系统改进了DCIR(直流内阻)。ChemSEI-Linker表面修饰有效地保护NCA阴极材料，使其在NCA表面上抑制SEI膜生长，从而减少累积阻力，延长使用寿命。

　　在工研院取得美国专利之前，工研院并没有公布这个过程的所有细节，但潘在这段时间说的是保持更高的能量：“据我们所知，高温环境会导致电池容量下降。原因在于活性物质的元素在高温下电离和溶解于电解质中。[在工研院]，在55℃进行了30天的老化测试。电池容量变化的结果显示，比较电池在老化测试后的容量恢复率为2%涂层，> 1%涂层和> 0%涂层; 相应的值分别为99%，96%和93%。此外，老化测试后比较电池的锰离子溶解量的顺序为0%涂层，> 1%涂层和> 2%涂层，相应的值分别为220,120和90ppm [百万分率]。这些结果证明，ChemSEI-Linker可以有效地保护MCN / LMO [锂镍锰/锂锰氧化物]电池的阴极，并且可以防止锰离子溶解和电池容量损失。

　　研究人员观察到同样有利的耐压测试结果。“在正常充电和放电循环电压范围为4.2至2.5 V的情况下，ChemSEI-Linker修改和未修改的电池在500次循环内表现相似。然而，ChemSEI-Linker修改电池的放电容量高于未修改电池的放电容量;因此500次循环后(4.2至2.5 V)的放电范围更高，电池容量提高了15%。

　　最后，工研院声称涂层为用户提供了更高的安全性。Pan说：“连接修饰降低了ARC(绝热量热计)测试温度范围内的加热速率。ChemSEI-Linker改造的NCA，NCM和LCO电池的加热速率分别为50,10和0.2°C / min，未改性电池的加速热率分别为1,700,400和4°C / min。由于ChemSEI-Linker修改可以控制热量，所以可以防止热失控，从而使电池更安全。