第238章 解決鋰枝晶難題的關(guān)鍵

能解決鋰電池中的鋰枝晶問題，證明這條思路和理論是完全沒有問題的。

但是于振研究員製造出來的人工SEI薄膜卻沒有達(dá)到理想中的效果，這引起了徐川的好奇和深思。

在他的推測中，這種問題不應(yīng)該出現(xiàn)。

鋰枝晶問題本就是析鋰問題的一部分，如果鋰枝晶問題能被解決的話，那麼析鋰問題也應(yīng)該能得到解決，或者至少能得到一部分的解決。

然而手上的檢測結(jié)果卻告訴他，析鋰問題並沒有得到解決，甚至更加對嚴(yán)重了。

這讓徐川有些百思不得其解。

盯著手中的檢測結(jié)果，徐川認(rèn)真的翻閱的起來。

從數(shù)組對照實(shí)驗(yàn)來看，應(yīng)用了這種新型人工SEI薄膜的鋰離子電池，對照原本的鋰離子電池，負(fù)極析鋰的效率更高。

如果原先的鋰離子的庫倫效率在99.94%~99.96%區(qū)間的話，那應(yīng)用了新型人工SEI薄膜的鋰電池，庫倫效率降低到了99.91%~99.2%左右。

別看只有零點(diǎn)零三、四左右佔(zhàn)比，但實(shí)際上，它對於充電循環(huán)次數(shù)的影響極大。

“有意思，到底是什麼原因造成了這個(gè)問題？”

看著對照實(shí)驗(yàn)的表格數(shù)據(jù)，徐川摸著下巴思索著。

上輩子他可沒有聽說過這個(gè)問題，這種新型人工SEI薄膜也廣泛的應(yīng)用到了社會各界。

這說明這個(gè)問題已經(jīng)是解決了的。

他很相信自己的記憶力，對於這種重要的東西，哪怕重生過一次，也過了好些年的時(shí)間，也不可能記錯(cuò)什麼。

“是實(shí)驗(yàn)步驟出了問題，還是說材料出現(xiàn)了問題？”

盯著對照數(shù)據(jù)，徐川將一個(gè)個(gè)猜測排除，最終留下了兩個(gè)可能性最大的想法。

“樊師兄，麻煩給我準(zhǔn)備幾組製造這種人工SEI薄膜的材料。”

思索了片刻，確定心中的想法後，徐川起身吩咐道，他準(zhǔn)備自己親自動手做一下實(shí)驗(yàn)。

畢竟數(shù)據(jù)看的做多，也沒有自己動手來一次感悟的更深。

他有預(yù)感，這個(gè)問題可能並不是很複雜，但如果找不到關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，怎麼實(shí)驗(yàn)都不會搞定。

SEI薄膜，指的是液態(tài)鋰離子電池首次充放電過程中，電極材料與電解液在固液相界面上發(fā)生反應(yīng)，形成的一層覆蓋於電極材料表面的鈍化層。

這種鈍化層是一種界面層，具有固體電解質(zhì)的特徵，是電子絕緣體卻是Li+的優(yōu)良導(dǎo)體。

電解液中的Li+離子可以經(jīng)過該鈍化層自由地嵌入和脫出，因此這層鈍化膜被稱爲(wèi)“固體電解質(zhì)界面膜”，英文單詞 solid electrolyte interface，縮寫SEI。

這就是SEI膜的由來。

但天然形成的SEI膜並不穩(wěn)定，自發(fā)形成的界面質(zhì)量差，難以控制Li+離子的沉積的態(tài)，會導(dǎo)致電池短路、析鋰嚴(yán)重、爆炸、起火、自燃等各種問題。

因此在電池製造的時(shí)候，研究員就想辦法人工製造了一種SEI膜，用來代替天然SEI膜，起到穩(wěn)定鋰電磁、擴(kuò)大電池容量、提升電極的循環(huán)性能和使用壽命等幫助。

經(jīng)歷了幾十年的發(fā)展，目前的人工SEI膜的種類很多，使用的材料也不盡相同。

比如氧化亞硅、乙酸甲酯、三氧化二鋰等等。

不同的負(fù)極材料及不同的電解液需要配套不同的人工SEI膜。

所以這是個(gè)很龐大，且很獨(dú)立的市場。

徐川瞅準(zhǔn)的也是這一點(diǎn)。

因爲(wèi)它能繞過其他國家或者研究所的專利。

一種新型的人工SEI薄膜，如果能解決鋰枝晶、析鋰等問題，那麼它就能發(fā)展出獨(dú)一無二屬於自己的專利。

且別人根本就無法忽視。

畢竟目前大家使用的電池容量都差不多，而新電池的容量翻倍的話，你不用，別人用了就會搶佔(zhàn)所有的市場。

畢竟相同的價(jià)格，別人的續(xù)航能翻一倍，誰都知道該怎麼選擇。

除非你能自己研發(fā)出來。

但是這種可能性太小了，真要那麼容易，早就弄出來了。

花費(fèi)了幾天的時(shí)間，徐川親手製造了一些人工SEI薄膜，並應(yīng)用到了新電池上做出測試實(shí)驗(yàn)。

測試結(jié)果如之前于振研究員製造的SEI膜一樣，鋰枝晶問題得到了解決，但析鋰和鋰沉積問題依舊存在。

這讓徐川確定了並非實(shí)驗(yàn)步驟有問題，那麼剩下的就只有材料了。

“是人工SEI材料有問題嗎？”

看著實(shí)驗(yàn)室中正進(jìn)行充放電循環(huán)測試的電池，徐川的目光彷彿猶如透視一般，深入了鋰電池中，看到了正在不停搬運(yùn)鋰離子的負(fù)極薄膜。

“不，這種人工SEI膜沒問題，我曾經(jīng)拆開檢測過市面上的鋰離子電池研究過，這種成熟的商業(yè)用品不可能有缺陷。”

“如果是這樣的話，那麼導(dǎo)致鋰離子出現(xiàn)析鋰、鋰沉積等問題的原因，可能出現(xiàn)在電解液中。”

“或許是電解液出現(xiàn)了問題，可能是電解液與人工SEI膜並不匹配導(dǎo)致的。”

腦海中，一項(xiàng)項(xiàng)的信息在不斷的被剖析，利用未來二十年的眼光，徐川在不斷的迅速排查著問題。

人工SEI材料有問題這一選項(xiàng)被他直接排除。

這就是他的優(yōu)勢。

如果是其他的研究所或者實(shí)驗(yàn)室，絕對會將目光繼續(xù)鎖定在人工SEI上，認(rèn)爲(wèi)它不完善，會想盡辦法繼續(xù)改進(jìn)。因而浪費(fèi)大量的時(shí)間和精力。

但徐川不同，他是站在巨人的肩膀上展望未來，那些地方有問題，他可以憑藉先知般的經(jīng)驗(yàn)來直接排除。

而其他實(shí)驗(yàn)室或研究所，即便是懷疑可能是電解液出了問題，也不敢像他一樣這般確定。

確定問題並非出自人工SEI薄膜上後，他迅速找來了這種新電池使用的電解液。

鋰離子電池的電解液一般由高純度的有機(jī)溶劑、電解質(zhì)鋰鹽、必要的添加劑等原料，在一定條件下、按一定比例配製而成的。

川海材料研究所使用的電解液，是市場上很常見的種類。

主要由環(huán)狀碳酸酯、碳酸乙烯、二氟草酸硼酸鋰等材料構(gòu)成，此外還有一些其他的添加材料。

其中環(huán)狀碳酸酯是一種性能優(yōu)良的有機(jī)溶劑，可溶解多種聚合物，是鋰電池中最常見的一種有機(jī)溶劑。

而碳酸乙烯則是一種不可或缺的添加劑，它添加到電解質(zhì)中可以顯著的提高電池性能。

至於二氟草酸硼酸鋰則是電解質(zhì)鋰鹽，用於運(yùn)載鋰離子。

三種主要材料，都是相當(dāng)常見的東西，有著各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

徐川並沒有理會其他的稀少添加材料，直接將目光鎖定在了這三種主要材料上。

大規(guī)模且異常的析鋰反應(yīng)和科學(xué)直覺告訴他，問題大概率出在這三種材料中的一種中。

思索了片刻後，徐川將目光鎖定了碳酸乙烯和二氟草酸硼酸鋰上。

這兩種材料相對於環(huán)狀碳酸酯來說，更容易出問題。

環(huán)狀碳酸酯的性能很穩(wěn)定，是目前市面上很多鋰離子電池都會使用的有機(jī)溶劑，如果它出現(xiàn)了問題，那麼鋰電池的的庫倫效率基本提升不到99.95%以上。

但目前市面上的電池，庫倫效率基本都在99.95%以上，所以它應(yīng)該可以先排除。

至於碳酸乙烯和雙草酸硼酸鋰，徐川想了想，將最終的選擇鎖定在二氟草酸硼酸鋰這種鋰電解質(zhì)上。

原因一樣，碳酸乙烯同樣是電解液中常用的添加劑，它幾乎存在於每一種類型的鋰離子電池中，適應(yīng)性相當(dāng)廣。

而二氟草酸硼酸鋰則不同，儘管市面上很多鋰離子電池都是使用的這種電解質(zhì)鋰鹽，但它有著自身的缺陷。

比如它的溶解度差，離子電導(dǎo)率相對較低等問題。

且更關(guān)鍵的是，它與鋰離子電池的負(fù)極材料，一般是集流體鋁形成穩(wěn)定的鈍化膜。

儘管它能保護(hù)負(fù)極集流體鋁免受電解液的腐蝕，但也會在一定程度上干擾鋰離子的通過。

毫無疑問，它是三種材料中最值得懷疑的。

確定了目標(biāo)，徐川也沒有繼續(xù)浪費(fèi)時(shí)間，直接開始了實(shí)驗(yàn)。

他並沒有將這份工作交給研究所的其他人，而是親自動手。

測試方法很簡單，既然懷疑二氟草酸硼酸鋰有問題，那就直接換一種電解質(zhì)鋰鹽。

能代替它的產(chǎn)品有很多，無論是常規(guī)無機(jī)電解質(zhì)鋰鹽中的高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟砷酸鋰等材料；還是有機(jī)電解質(zhì)鋰鹽中的雙草酸硼酸鋰、雙二氟磺酰亞胺鋰等材料都可以代替。

做一些簡陋的實(shí)驗(yàn)室電池，用不了多長的時(shí)間。

不到六個(gè)小時(shí)，徐川就完成了整體的實(shí)驗(yàn)，不僅更換了電解質(zhì)鋰鹽材料，還完成了新電池的初步檢測。

然而結(jié)果卻讓徐川皺起了眉頭。

更換了電解質(zhì)鋰鹽材料後，析鋰和鋰沉積問題，依舊沒有解決。

“問題竟然不在鋰鹽上？”

看著初步測試結(jié)果，徐川有些驚詫。

按照他的分析，鋰鹽出問題的概率高達(dá)百分之八十以上，可實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻表示問題並非出現(xiàn)在鋰鹽上。

如果不是鋰鹽，那是哪裡出了問題？

有機(jī)溶劑？亦或者添加劑？

一個(gè)個(gè)的去排查，很麻煩的，電解液中的添加材料有不少，而且每一種材料的改變，都要考慮與其他材料的適配性。

對於川海材料研究所這種以前幾乎沒有任何電池研發(fā)經(jīng)歷的實(shí)驗(yàn)室來說，沒有任何以往的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以參考，可以說要從頭來過了。

想了想，徐川對手中的工作重新做了個(gè)安排。

對於電解質(zhì)鋰鹽的後續(xù)測試，他交給了實(shí)驗(yàn)室中的其他人。

畢竟一兩次的實(shí)驗(yàn)還是有遺漏性的，多次重複實(shí)驗(yàn)，才能確定電解質(zhì)鋰鹽有沒有問題。

至於他自己，則對碳酸乙烯這種常用添加劑展開了研究。

儘管沒有從電解質(zhì)鋰鹽上找到問題，但徐川依舊相信，導(dǎo)致析鋰和鋰沉積問題的關(guān)鍵，在電解液上。而且一定會是在三種主要材料上。

針對碳酸乙烯的研究，和電解質(zhì)鋰鹽一樣，他乾淨(jìng)利落的選擇了直接更換材料。

單純的檢測問題，判斷對應(yīng)的材料有沒有問題，不考慮適配性什麼的，這是最快，最有效的辦法。

材料研發(fā)儘管是一件碰運(yùn)氣的事情，但經(jīng)驗(yàn)和數(shù)學(xué)分析，能幫助研發(fā)人員做出相對正確的選擇，極大的縮減研發(fā)時(shí)間與需要投入的成本。

將碳酸乙烯更換成另一種作用近似的‘臭代碳酸酯’後，徐川重新對電池做了檢測。

本沒抱多少希望的檢測，結(jié)果卻讓他大爲(wèi)驚訝。

在更換掉碳酸乙烯後，鋰離子電池的析鋰與鋰沉積速度竟然得到了相當(dāng)大的改善。

在使用碳酸乙烯作爲(wèi)提高電池性能的添加劑時(shí)，新電池的庫倫效率最高也只有99.93%左右。

而在更換成臭代碳酸酯後，新電池的庫倫效率竟然提升到99.98%左右。

0.05個(gè)百分點(diǎn)的提升，這足以充放電循環(huán)次數(shù)提升三百到是四百次了。

但缺點(diǎn)也有，在更換了碳酸乙烯後，鋰電池的性能下降了不少。

比如充電速度降低了近百分之十八，電解液的活化性能也降低了不少。

不過相對比析鋰問題得到解決，這些都是可以接受的。

“問題居然出在碳酸乙烯上？這真難以相信。”

看著檢測結(jié)果，徐川再度驚詫。

如果他沒記錯(cuò)的話，碳酸乙烯這種添加劑，在未來的鋰離子電池、鋰金屬電池、甚至是鋰硫電池中都有使用。

因爲(wèi)相對其他的添加劑來說，碳酸乙烯對於鋰電池電池性能的提升相當(dāng)高，其他的添加劑根本就無法相比。

這也是他並沒有怎麼想過問題會出現(xiàn)在這上面的原因。

但現(xiàn)在，實(shí)驗(yàn)結(jié)果明明白白的告訴了他，導(dǎo)致析鋰和鋰沉積的罪魁禍?zhǔn)拙褪翘妓嵋蚁?

“真是很難相信啊。”

盯著檢測結(jié)果，徐川再度陷入了沉思。

解決了析鋰問題，本應(yīng)該是一件很讓人高興的事情，但他卻對此產(chǎn)生了懷疑。

在未來米國那家研究所解決鋰枝晶問題的時(shí)候，肯定也遇到過這種問題，只是，他們依舊選擇了碳酸乙烯作爲(wèi)添加劑。

這是爲(wèi)什麼？

碳酸乙烯作爲(wèi)添加劑，的確能提升鋰電池的性能，但如果它是導(dǎo)致鋰枝晶問題的罪魁禍?zhǔn)祝屈N怎麼都應(yīng)該將其更換掉來著。

爲(wèi)什麼那家研究所沒有這麼做？

對於這個(gè)問題，徐川有些想不通了。

(本章完)