研究人员通过微观结构和缺陷工程提高锂离子电池的性能

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据外媒报道，北卡罗莱纳州立大学（ North Carolina State University）与美国能源部橡树岭国家实验室（Oak Ridge National Laboratory）的电池测试研究人员合作进行的一项新研究表明，由高功率激光产生的极短脉冲，可以在锂离子电池材料中引起微小的缺陷，从而提高电池的性能。

（图片来源：北卡罗莱纳州立大学）

该技术名为纳秒脉冲激光退火（nanosecond pulsed laser annealing），仅持续100纳秒，由现代眼科手术中使用的同类型激光产生。在常用的锂离子电池阳极材料——石墨上，研究人员测试了这项技术。他们以10个脉冲和80个脉冲的批次测试了这项技术，并比较电流容量的差异，功率等于电流乘以电压。

该校研究人员Jay Narayan表示：“材料缺陷可能令人讨厌，但经过合理设计，也可能成为一种优势。这项技术提高了电流容量，为锂离子打开了大门。石墨阳极由表面的台阶和凹槽组成，创造更多的台阶，就像为锂离子创造更多的进出门，这是有益的。通过这项技术，还可以产生空位缺陷，也就是缺失的原子。这有助于为锂离子提供更多的进出位置，与当前容量有关。”

当使用最优脉冲数时（接近10个脉冲而不是80个脉冲），电流容量增加了20%。当然，研究表明，石墨阳极中的缺陷太多，也会导致问题。“锂离子带有正电荷，如果它捕获一个电子，就会变成锂金属，进而在阳极上引起枝晶生长，可能会引发火灾。所以，要确保锂离子不会变成金属。”

Narayan表示，制造商应该拥有相关设施，以在生产阴、阳极时使用纳秒脉冲激光热处理技术。“利用高功率激光，可在一微秒内处理阴、阳极。”阴、阳极是在薄板上制成的，因此可以相对快速、容易地进行处理。

最近，Narayan和得克萨斯大学-奥斯汀分校（University of Texas-Austin）的研究人员发表了另一篇论文，在阴极材料上使用了同样的激光技术。该研究表明，激光处理增强了阴极材料。接下来，研究人员将致力于不再使用更昂贵的材料，比如电池阴极中的钴，以制造更高功率和更持久的电池。