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最新：第四届“创意光电”科普大赛参赛作品展示（12）：“小锂”的梦想 — 更快、更高 、更强！

来源：科普中国

“小锂”的梦想 — 更快、更高 、更强！


(资料图片)

参赛者：柳学睿、刘世宇

指导老师：孙永明

大家好！我叫小锂，是元素周期表中的第三号元素。我在大家的生活里无处不在，你能在右边的场景中发现我吗？

没错，我就藏在各种电子设备、（混和）电动汽车及大规模储能系统里的锂离子电池中！

你肯定知道2019年的诺贝尔化学奖授予了在锂离子电池领域作出卓越贡献的三位科学家，但是你知道锂离子电池的具体结构和工作过程吗？

典型的锂离子电池主要由集流体、正极材料、负极材料、隔膜和电解质构成。充电时，我（锂离子）从家（正极）出发，乘坐交通工具（溶剂分子），途经只允许我通过的关卡（隔膜）进入公司（负极）上班；放电时，我会用相同的方式下班回家。即在充放电过程中，我（锂离子）会在正、负极之间往返嵌入和脱嵌，因此也被形象地称为“摇椅电池”。

锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、绿色无污染等特点而得到了广泛应用，但是我还想助力它变得更快、更高、更强!

充电速度更快！

锂离子电池的充电速度越快，则电流越大，会加剧电池的产热使温度分布不均匀，从而导致副反应速度不一致，造成电极材料的粉化和破碎，最终造成不可逆的容量损失甚至是安全事故。

可行方法

体系设计：正负极材料的选择、电极结构设计、电池结构设计、电池组的设计

充电策略：多步恒流充电、脉冲充电、加速启动式充电

能量密度更快！

能量密度是指在一定的空间或质量物质中储存能量的大小。电池的能量密度越高，则相同体积或相同质量的电池所能放出的电量越多。

可行方法

选择工作电压更高、可逆容量更大的正负极材料

优化电池结构设计，提升正负极活性物质在锂离子电池中所占的比例

安全性更强！

滥用条件下的“热失控”反应导致手机充电时爆炸、电动汽车撞击后起火或自燃等事故频发。从根本上消除这类安全性隐患，才能让锂离子电池更安全可靠。

可行方法

提高电解液安全性（如采用不可燃电解液）

提高电极材料的安全性

改进电池系统的安全保护设计

关键词： 锂离子电池 能量密度 结构设计

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