令人惊奇的简单发现可将锂离子电池的使用寿命延长 50% - 这意味着您不必经常更换您的小工具

智能手机或电动汽车中使用的电池第一次充电通常需要 10 小时，但在 20 分钟内将电池快速充电至 100% 容量可能会延长 50% 的使用寿命。

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仅仅因为电池停止充电而更换智能手机或笔记本电脑等小工具可能是一件非常令人头痛的事情。但新的研究概述了一种使普通锂离子电池拥有更长使用寿命的方法——从第一次充电周期开始。

研究人员在一项新研究中表示，锂离子电池为大多数个人电子产品和电动汽车 (EV) 提供动力，在上架前在高温或电流下充电可以将其平均寿命延长 50% 8 月 29 日发表在《焦耳》杂志上。

研究合著者、加州丰田研究所的高级研究科学家史蒂文·托里西 (Steven Torrisi) 在一份声明中表示，研究结果“展示了一种理解和优化电池制造这一关键步骤的通用方法” 。

典型的锂离子电池在含有锂离子的电解质溶液中具有正极和负极。给电池充电时，锂离子会移动到负极。然后，当您使用电池并耗尽电量时，锂离子就会从负极移出并进入正极。离子的来回流动促进了为设备供电的电流。

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全新的锂离子电池完全放电后，正极充满了锂，负极有足够的空间让锂离子流入。但在第一次充电时，电池中的一些锂会粘在负极表面。捕获的锂与电解质溶液的其他成分一起成为称为固体电解质中间相（SEI）的层的一部分。这种 SEI 包裹着负极，保护其免受副反应的影响，副反应会导致锂的进一步损失，从而缩短电池的使用寿命。

通常，制造商首先对电池进行缓慢充电以建立稳定的 SEI。但这并不总是最具成本效益的方法 - 最近 研究表明，快速为电池充电并不一定会对电池寿命产生负面影响。此外，其他几个参数也会影响 SEI，因此优化首次充电以获得最佳电池性能并不容易。

在这项新研究中，研究人员利用机器学习来挑选出对 SEI 影响最强的参数。有两个因素——第一次充电时的电流和温度——引起了他们的注意。

电池充电时间约为 20 分钟（而不是通常的 10 小时左右），可将电池的整体使用寿命延长约 50%。第一次充电时，更多的锂会卡在 SEI 中，但这限制了未来发生副反应的可能性，副反应会缩短后续循环中电池的寿命。

将温度从室温提高到 131 华氏度（55 摄氏度）也有类似的效果，电池寿命平均延长 57%。研究人员表示，这种改善可能来自于 SEI 成分的变化，使其更加坚固。然而，这些技术并没有协同作用：在高温下快速充电并不能提高电池性能。

研究合著者、斯坦福大学材料科学家 Will Chueh 在声明中表示：“我们不仅仅是想确定制造优质电池的最佳配方；我们还想了解它的工作原理和原因。” “这种理解对于找到电池性能和制造效率之间的最佳平衡至关重要。”

Chueh 说，新策略也可以使电池变得更便宜。 “这是[斯坦福线性加速器中心]如何进行制造科学以使能源转型的关键技术变得更加经济实惠的一个很好的例子，”他指出。 “我们正在解决行业面临的真正挑战。”