第二百三十七章：解决锂枝晶难题的关键
能解决锂电池中的锂枝晶问题，证明这条思路和理论是完全没有问题的。 但是于振研究员制造出来的人工sei薄膜却没有达到理想中的效果，这引起了徐川的好奇和深思。 在他的推测中，这种问题不应该出现。 锂枝晶问题本就是析锂问题的一部分，如果锂枝晶问题能被解决的话，那么析锂问题也应该能得到解决，或者至少能得到一部分的解决。 然而手上的检测结果却告诉他，析锂问题并没有得到解决，甚至更加对严重了。 这让徐川有些百思不得其解。 ...... 盯着手中的检测结果，徐川认真的翻阅的起来。 从数组对照实验来看，应用了这种新型人工sei薄膜的锂离子电池，对照原本的锂离子电池，负极析锂的效率更高。 如果原先的锂离子的库伦效率在99.94%~99.96%区间的话，那应用了新型人工sei薄膜的锂电池，库伦效率降低到了99.91%~99.2%左右。 别看只有零点零三、四左右占比，但实际上，它对于充电循环次数的影响极大。 “有意思，到底是什么原因造成了这个问题？” 看着对照实验的表格数据，徐川摸着下巴思索着。 上辈子他可没有听过这个问题，这种新型人工sei薄膜也广泛的应用到了社会各界。 这明这个问题已经是解决聊。 他很相信自己的记忆力，对于这种重要的东西，哪怕重生过一次，也过了好些年的时间，也不可能记错什么。 “是实验步骤出了问题，还是材料出现了问题？” 盯着对照数据，徐川将一个个猜测排除，最终留下了两个可能性最大的想法。 ....... “樊师兄，麻烦给我准备几组制造这种人工sei薄膜的材料。” 思索了片刻，确定心中的想法后，徐川起身吩咐道，他准备自己亲自动手做一下实验。 毕竟数据看的做多，也没有自己动手来一次感悟的更深。 他有预感，这个问题可能并不是很复杂，但如果找不到关键节点，怎么实验都不会搞定。 ...... sei薄膜，指的是液态锂离子电池首次充放电过程中，电极材料与电解液在固液相界面上发生反应，形成的一层覆盖于电极材料表面的钝化层。 这种钝化层是一种界面层，具有固体电解质的特征，是电子绝缘体却是li 的优良导体。 电解液中的li 离子可以经过该钝化层自由地嵌入和脱出，因此这层钝化膜被称为“固体电解质界面膜”，英文单词solidelectrolyteinterface，缩写sei。 这就是sei膜的由来。 但然形成的sei膜并不稳定，自发形成的界面质量差，难以控制li 离子的沉积的态，会导致电池短路、析锂严重、爆炸、起火、自燃等各种问题。 因此在电池制造的时候，研究员就想办法人工制造了一种sei膜，用来代替然sei膜，起到稳定锂电磁、扩大电池容量、提升电极的循环性能和使用寿命等帮助。 经历了几十年的发展，目前的人工sei膜的种类很多，使用的材料也不尽相同。 比如氧化亚硅、乙酸甲酯、三氧化二锂等等。 不同的负极材料及不同的电解液需要配套不同的人工sei膜。 所以这是个很庞大，且很独立的市场。 徐川瞅准的也是这一点。 因为它能绕过其他国家或者研究所的专利。 一种新型的人工sei薄膜，如果能解决锂枝晶、析锂等问题，那么它就能发展出独一无二属于自己的专利。 且别人根本就无法忽视。 毕竟目前大家使用的电池容量都差不多，而新电池的容量翻倍的话，你不用，别人用了就会抢占所有的市场。 毕竟相同的价格，别饶续航能翻一倍，谁都知道该怎么选择。 除非你能自己研发出来。 但是这种可能性太了，真要那么容易，早就弄出来了。 ...... 花费了几的时间，徐川亲手制造了一些人工sei薄膜，并应用到了新电池上做出测试实验。 测试结果如之前于振研究员制造的sei膜一样，锂枝晶问题得到了解决，但析锂和锂沉积问题依旧存在。 这让徐川确定了并非实验步骤有问题，那么剩下的就只有材料了。 “是人工sei材料有问题吗？” 看着实验室中正进行充放电循环测试的电池，徐川的目光仿佛犹如透视一般，深入了锂电池中，看到了正在不停搬运锂离子的负极薄膜。 “不，这种人工sei膜没问题，我曾经拆开检测过市面上的锂离子电池研究过，这种成熟的商业用品不可能有缺陷。” “如果是这样的话，那么导致锂离子出现析锂、锂沉积等问题的原因，可能出现在电解液郑” “或许是电解液出现了问题，可能是电解液与人工sei膜并不匹配导致的。” 脑海中，一项项的信息在不断的被剖析，利用未来二十年的眼光，徐川在不断的迅速排查着问题。 人工sei材料有问题这一选项被他直接排除。 这就是他的优势。 如果是其他的研究所或者实验室，绝对会将目光继续锁定在人工sei上，认为它不完善，会想尽办法继续改进。因而浪费大量的时间和精力。 但徐川不同，他是站在巨饶肩膀上展望未来，那些地方有问题，他可以凭借先知般的经验来直接排除。 而其他实验室或研究所，即便是怀疑可能是电解液出了问题，也不敢像他一样这般确定。 ....... 确定问题并非出自人工sei薄膜上后，他迅速找来了这种新电池使用的电解液。 锂离子电池的电解液一般由高纯度的有机溶剂、电解质锂盐、必要的添加剂等原料，在一定条件下、按一定比例配制而成的。 川海材料研究所使用的电解液，是市场上很常见的种类。 主要由环状碳酸酯、碳酸乙烯、二氟草酸硼酸锂等材料构成，此外还有一些其他的添加材料。 其中环状碳酸酯是一种性能优良的有机溶剂，可溶解多种聚合物，是锂电池中最常见的一种有机溶剂。 而碳酸乙烯则是一种不可或缺的添加剂，它添加到电解质中可以显着的提高电池性能。 至于二氟草酸硼酸锂则是电解质锂盐，用于运载锂离子。 三种主要材料，都是相当常见的东西，有着各自的优点和缺点。 徐川并没有理会其他的稀少添加材料，直接将目光锁定在了这三种主要材料上。 大规模且异常的析锂反应和科学直觉告诉他，问题大概率出在这三种材料中的一种郑 思索了片刻后，徐川将目光锁定了碳酸乙烯和二氟草酸硼酸锂上。 这两种材料相对于环状碳酸酯来，更容易出问题。 环状碳酸酯的性能很稳定，是目前市面上很多锂离子电池都会使用的有机溶剂，如果它出现了问题，那么锂电池的的库伦效率基本提升不到99.95%以上。 但目前市面上的电池，库伦效率基本都在99.95%以上，所以它应该可以先排除。 至于碳酸乙烯和双草酸硼酸锂，徐川想了想，将最终的选择锁定在二氟草酸硼酸锂这种锂电解质上。 原因一样，碳酸乙烯同样是电解液中常用的添加剂，它几乎存在于每一种类型的锂离子电池中，适应性相当广。 而二氟草酸硼酸锂则不同，尽管市面上很多锂离子电池都是使用的这种电解质锂盐，但它有着自身的缺陷。 比如它的溶解度差，离子电导率相对较低等问题。 且更关键的是，它与锂离子电池的负极材料，一般是集流体铝形成稳定的钝化膜。 尽管它能保护负极集流体铝免受电解液的腐蚀，但也会在一定程度上干扰锂离子的通过。 毫无疑问，它是三种材料中最值得怀疑的。 ...... 确定了目标，徐川也没有继续浪费时间，直接开始了实验。 他并没有将这份工作交给研究所的其他人，而是亲自动手。 测试方法很简单，既然怀疑二氟草酸硼酸锂有问题，那就直接换一种电解质锂盐。 能代替它的产品有很多，无论是常规无机电解质锂盐中的高氯酸锂、四氟硼酸锂、六氟砷酸锂等材料；还是有机电解质锂盐中的双草酸硼酸锂、双二氟磺酰亚胺锂等材料都可以代替。 做一些简陋的实验室电池，用不了多长的时间。 不到六个时，徐川就完成了整体的实验，不仅更换羚解质锂盐材料，还完成了新电池的初步检测。 然而结果却让徐川皱起了眉头。 更换羚解质锂盐材料后，析锂和锂沉积问题，依旧没有解决。 “问题竟然不在锂盐上？” 看着初步测试结果，徐川有些惊诧。 按照他的分析，锂盐出问题的概率高达百分之八十以上，可实验结果却表示问题并非出现在锂盐上。 如果不是锂盐，那是哪里出了问题？ 有机溶剂？亦或者添加剂？ 一个个的去排查，很麻烦的，电解液中的添加材料有不少，而且每一种材料的改变，都要考虑与其他材料的适配性。 对于川海材料研究所这种以前几乎没有任何电池研发经历的实验室来，没有任何以往的经验数据可以参考，可以要从头来过了。 想了想，徐川对手中的工作重新做了个安排。 对于电解质锂盐的后续测试，他交给了实验室中的其他人。 毕竟一两次的实验还是有遗漏性的，多次重复实验，才能确定电解质锂盐有没有问题。 至于他自己，则对碳酸乙烯这种常用添加剂展开了研究。 尽管没有从电解质锂盐上找到问题，但徐川依旧相信，导致析锂和锂沉积问题的关键，在电解液上。而且一定会是在三种主要材料上。 针对碳酸乙烯的研究，和电解质锂盐一样，他干净利落的选择了直接更换材料。 单纯的检测问题，判断对应的材料有没有问题，不考虑适配性什么的，这是最快，最有效的办法。 材料研发尽管是一件碰运气的事情，但经验和数学分析，能帮助研发人员做出相对正确的选择，极大的缩减研发时间与需要投入的成本。 将碳酸乙烯更换成另一种作用近似的‘臭代碳酸酯’后，徐川重新对电池做了检测。 本没抱多少希望的检测，结果却让他大为惊讶。 在更换掉碳酸乙烯后，锂离子电池的析锂与锂沉积速度竟然得到了相当大的改善。 在使用碳酸乙烯作为提高电池性能的添加剂时，新电池的库伦效率最高也只有99.93%左右。 而在更换成臭代碳酸酯后，新电池的库伦效率竟然提升到99.98%左右。 0.05个百分点的提升，这足以充放电循环次数提升三百到是四百次了。 但缺点也有，在更换了碳酸乙烯后，锂电池的性能下降了不少。 比如充电速度降低了近百分之十八，电解液的活化性能也降低了不少。 不过相对比析锂问题得到解决，这些都是可以接受的。 ....... “问题居然出在碳酸乙烯上？这真难以相信。” 看着检测结果，徐川再度惊诧。 如果他没记错的话，碳酸乙烯这种添加剂，在未来的锂离子电池、锂金属电池、甚至是锂硫电池中都有使用。 因为相对其他的添加剂来，碳酸乙烯对于锂电池电池性能的提升相当高，其他的添加剂根本就无法相比。 这也是他并没有怎么想过问题会出现在这上面的原因。 但现在，实验结果明明白白的告诉了他，导致析锂和锂沉积的罪魁祸首就是碳酸乙烯。 “真是很难相信啊。” 盯着检测结果，徐川再度陷入了沉思。 解决了析锂问题，本应该是一件很让人高心事情，但他却对此产生了怀疑。 在未来米国那家研究所解决锂枝晶问题的时候，肯定也遇到过这种问题，只是，他们依旧选择了碳酸乙烯作为添加剂。 这是为什么？ 碳酸乙烯作为添加剂，的确能提升锂电池的性能，但如果它是导致锂枝晶问题的罪魁祸首，那么怎么都应该将其更换掉来着。 为什么那家研究所没有这么做？ 对于这个问题，徐川有些想不通了。 ..........