锂电池的腐蚀原因以及如何抑制这种腐蚀

电动悟空摘录 据外国媒体报道，锂离子电池由于能量密度高、成本低，已成为向清洁能源转型过程中最突出的储能选择之一。然而，由于日历寿命（calendar life）即使是最先进的锂离子电池也很难支持许多重型储能应用。

据说电池容量下降到初始容量的80%，即达到日历寿命的终点。锂离子电池的日历寿命需要达到15-20年左右，以适应电网规模储能等重负荷应用，避免高更换成本，但该技术远未达到这一水平。研究人员表示，为了使重型商业储能更加成功，有必要更加关注锂电池的腐蚀原因以及如何抑制这种腐蚀。

与所有电池一样，锂电池（包括锂离子电池）的日历寿命取决于其在储存和充电循环中的稳定性（抗退化性），循环稳定性取决于负极、正极和电解质的稳定性，包括这些电池组件之间的界面和主要材料的稳定性。电化学家致力于优化基体材料结构，调整界面，设计更好的电解液，以提高循环稳定性。北京理工大学的张学强说：但在提高日历寿命的第二个因素——存储稳定性和腐蚀如何破坏存储稳定性方面，投入的精力相对较少。”

锂电池可能长期储存能量，而不是回收。存储过程中会发生各种有害的化学反应，导致成分退化，特别是电极材料的高反应以及收集电流的元素与电解质之间的不兼容性。这种退化(又称腐蚀)降低了电池的结构稳定性，最终缩短了日历寿命。因此，为了提高存储稳定性，必须更好地了解腐蚀机制，制定耐腐蚀策略。北京理工大学的研究人员黄佳琪说：研究人员希望总结腐蚀和存储稳定性的研究现状，以便更好地理解和解决研究差距。腐蚀仍然是所有类型锂电池中需要解决的问题。”

在查阅了这一主题的科学文献后，研究人员认为锂电池的腐蚀反应主要涉及三个方面：铝集流器的电化学腐蚀、电池不锈钢外壳的电化学腐蚀、负电偶腐蚀（两种金属接触同一介质时的局部腐蚀， 金属腐蚀速度加快，金属腐蚀速度降低）。一般来说，腐蚀是由电极材料和电解质之间的化学反应和电化学反应引起的。

到目前为止，研究人员主要关注三种耐腐蚀策略，包括调整电解质分解反应；通过人工涂层隔离电极材料和电解质；以及电极材料的表面改性，以减少其反应。

为了促进锂电池存储腐蚀问题的研究，研究人员提出了五项主要建议：

首先，有必要对锂电池中常见的电偶腐蚀进行深入研究（galvanic corrosion）问题。目前，几乎没有有效的缓解这种情况的策略。通过使用电解质添加剂，可以探索铜集流器的表面改性。此外，开发铜箔保护性表面涂层也可能是一种方法。

其次，未来所有的改进策略都需要在温度、湿度等实际条件下进行评估，而不是局限于实验室。研究人员发现，大多数新的耐腐蚀策略通常是在实验室中非常温和的环境条件下进行的，而不是在现实世界中。

因此，第三种策略集中在加快评估过程上。腐蚀通常是一个缓慢的过程，评估它需要很多时间，所以成本更高。找到加速这个过程的方法具有重要意义。

研究人员除了观察现实世界外，还应采用实时监测方法了解工作电池的腐蚀情况。这将有助于更好地识别电池的健康状况，更准确地预测电池寿命，避免电池故障的突然发生。

最后，新的电池设计不断出现，加剧了这些问题。随着新电极材料和电解质的不断发展，研究人员将定期测试这些新设计的循环性能，但很少测试其对腐蚀的影响。然而，新材料可能会相应地改变腐蚀机制，因此需要改变耐腐蚀策略。

研究人员希望这些建议能够帮助电池开发人员在锂电池的耐腐蚀性方面取得突破，从而延长电池的使用寿命。