锂离子电池即使在不使用时也会自放电。这是众所周知的,并且有记录在案,尽管没有人费心找出导致它的原因。值得庆幸的是,加拿大达尔豪斯大学的研究人员对此进行了调查,发现令人惊讶的罪魁祸首是每个锂离子电池中使用的一种非常常见的材料。具体来说,它是一种通常用于商用电池的塑料胶带,用于将电极固定在一起。像普通的透明胶带一样,这种塑料薄膜会分解,产生导致自放电的分子。
研究人员在研究期间将几个细胞暴露在不同的温度下后打开了它们。他们惊讶于细胞内的电解质溶液是鲜红色的,所以他们开始探索原因。研究人员将细胞放入三种不同温度的烤箱中。25摄氏度(77华氏度)的样品保持透明,而55摄氏度(131华氏度)的样品呈浅棕色。最后,最热的被放在70摄氏度(158华氏度)下,这导致它变成鲜红色。
当他们对电解质进行化学分析时,研究小组发现胶带中的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)分解并产生了导致自放电的分子。因为分子可以在电极之间移动,就像锂离子一样,所以它被称为氧化还原梭。这就是导致放电的原因,这要归功于背景中氧化还原穿梭分子的连续运动。
“这是我们从未预料到的,因为没有人看到电池单元中的这些非活动组件,这些胶带和塑料箔,但如果你想限制电池单元中的副反应,确实需要考虑这一点,”达尔豪斯大学助理教授迈克尔梅茨格说。
无论多么简单,这一发现对于寻求改进其产品的电池制造商来说都至关重要。这项研究可以导致一个简单的解决方案,包括用更稳定且不会降解的材料替换PET胶带。因此,锂离子电池将在长时间不使用时保持充电,这对电动汽车和消费电子产品来说都是一个福音。
达尔豪斯大学以其由锂离子电池开发先驱杰夫·达恩(Jeff Dahn)领导的科学家团队而闻名。Dahn 在 1970 年代后期开始研究锂离子电池,并于 2015 年与特斯拉签署了一项仍在进行中的研究合作伙伴关系。不过,特斯拉和达尔豪斯大学之间的联系更加深入,因为特斯拉在哈利法克斯建立了一个电池研究实验室,以巩固与达尔豪斯的关系。自2016年以来,特斯拉已经资助了达尔豪斯的几项电池研究工作。特斯拉与电池相关的专利申请中至少有六项将达恩及其团队成员列为共同发明人。