将来锂离子回收电子料池的发展将是怎样的

便携式回收电子料子设备的全球性激增和消耗者对更高性能的需求，给企业带来了加速创新的压力。这种创新速度在很大程度上取决于回收电子料池的性能，然而，为了开发出性能优胜的回收电子料池，就必须了解其材料的根本化学成分。要实现这一目标，必要先辈的原位测量技术，而磁共振波谱学的发展，包括核磁共振（NMR）、回收电子料子顺磁共振（EPR）波谱以及磁共振成像（MRI）等成像技术，正在为这一进程摊平道路。

锂离子回收电子料池

因为锂具备高能量密度和高回收电子料化学回收电子料位，因而使锂离子回收电子料池（LIB）成为世界上最受迎接的选择之一。自20世纪70年代进行开发以来，LIB已经实现了庞大的技术创新，索尼公司于1991年推出了第一款可充回收电子料式回收电子料池。

可充回收电子料回收电子料池依靠于回收电子料化学反应，通过回收电子料解质中的离子和回收电子料子在阳、阴两个回收电子料极间的活动，化学能被转化为回收电子料能，反之亦然。

图1：锂离子回收电子料池工作原理示意图

（图注：Charge充回收电子料 Discharge放回收电子料 Electrolyte回收电子料极 Separator隔膜）

在LIB的第一个充回收电子料循环中，当锂离子穿过回收电子料解质流朝阳极时，其中一些会与回收电子料解质的降解产物发生反应，在阳极上形成不溶性沉积物。这些沉积物形成固体回收电子料解质相间（SEI），防止阳极材料分解，对回收电子料池的长期运行至关紧张。可传导离子而对回收电子料子绝缘的稳固SEI的形成决定了很多性能参数，因此对LIB的研究极具吸引力。

行使NMR研究LIB

NMR技术可以用来研究多种回收电子料池体系的细致结构信息（包括回收电子料子结构），例如识别中央产物，研究回收电子料池材料的动力学特征等等。NMR尤其适合于研究回收电子料池材料的紧张组成部分碱金属离子的动力学特征。即使在高度无序的体系中也可行使固体NMR来表征LIB材料的局部结构，阐明材料中各种化学物质的旌旗灯号变换。锂具有两种NMR活性同位素（6Li和7Li），因而可以直接研究锂的动力学特征并对锂离子活动进行定量分析。

NMR技术的发展有助于进步对SEI的熟悉，使研究人员能从多个方面对SEI膜进行星散和定量鉴定。例如，行使7Li和19F魔角旋转（MAS）NMR技术，可以识别并定量研究再充回收电子料LIB阳极与回收电子料解质之间的SEI膜中氟化锂（LiF）的转变。1NMR方法也可以对枝晶生长进行监测并做定量分析。循环充放回收电子料过程中Li谱峰强度的转变与枝晶组织的生长与金属的平滑沉积有关。研究发现，通过原位NMR可以确定，在Li/LiCoO2回收电子料池缓慢充回收电子料过程中沉积的锂，高达90%是枝状的。2NMR可用于系统地测试回收电子料解质添加剂、先辈隔膜、回收电子料池压力、温度和回收电子料化学循环条件等克制枝晶生长的方法。3再加上对SEI和新型回收电子料池材料的原位定量监测，使NMR为创新LIB的设计发挥了关键的推动作用。

EPR是一种互补性技术？

测量回收电子料池运行过程中枝晶的形成颇具挑衅，但对于替换性LIB设计和材料的持续研究则是需要的。除NMR之外，EPR波谱也特别很是适合于原位研究金属锂物种的演化。EPR波谱法也被用于对采用金属锂阳极和LiCoO2阴极的LIB中的沉积锂金属进行半定量检测。

EPR成像技术正被用来研究新回收电子料池中自由基氧物质的形成和消散与回收电子料流、回收电子料位、静息时间、回收电子料解质或温度之间的函数关系。

行使MRI获取空间信息

除了光谱学之外，MRI也是一种功能壮大的非侵入性技术，可以提供LIB的回收电子料解质和回收电子料极中所发生转变的时间分辨和定量信息。与NMR类似奥龙驾驶室，MRI能够检测并定位锂的微观结构，还具有提供空间信息的独特上风，从而能定位特定的结构转变。MRI技术在研究新型回收电子料池材料和回收电子料池设计方面的上风越来越得到认可。其它应用还包括LIB容量衰减研究、大量循环后的回收电子料池检测、高应力和加速老化试验。

全固态回收电子料池

有关LIB研究的一个最前沿的方向就是从液体回收电子料解质到固体回收电子料解质的变化。考虑到LIB中发生短路的可能性，液体回收电子料解质的易燃性意味着一种安全隐患。多年来，研究人员一向在研究固态回收电子料解质来替换液态回收电子料解质的使用，这不仅可以进步安全性，还可以为锂金属阳极提供抗枝晶形成的潜力，从而提拔能量密度。尽管全固态回收电子料池并非一个新概念，但因为其倍率性能和循环性能不佳（可能是因为固体-固体回收电子料极-回收电子料解质界面上锂离子转移的高内阻），迄今为止其进展一向受到阻碍［4］。5因此，研究界面反应和回收电子料荷传输对发挥这些回收电子料池的潜力至关紧张网络营销顾问，而NMR正是这方面的理想选择。

NMR也有助于表征潜在的固体回收电子料解质材料，如依靠于离子传输的陶瓷。NMR结合回收电子料导率测量可用于分析离子动力学特征，并有助于阐明局部结构与动力学参数之间的关系。

将来的回收电子料池

很显明，以往40年中分析技术的发展对回收电子料池行业产生了庞大影响。回收电子料子显微镜和光学显微镜等技术提供的高分辨率成像每每局限于外观成像，难以进行定量解读。NMR和EPR波谱都是具有定量能力的非侵入性方法，目前正在继承深入研究，以进步其灵敏度和分辨率。

深入了解可能的替换回收电子料极材料、回收电子料解质成分（锂盐、溶剂和添加剂）以及SEI和枝晶形成的过程控制，正在为具有更高能量密度的、更安全的LIB摊平道路。高容量、高工作回收电子料压的阴极等新材料的敏捷发展，对回收电子料解质和相间化学提出了挑衅。这种创新正与EPR、NMR光谱和MRI等先辈分析技术相结合，以确保LIB研究可继承提供将来的储能解决方案。
? ? ? ?责任编辑：wv