某研究中心進(jìn)行的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在鋰離子電池出廠前立即以大電流為其充電，速度可提高 30 倍，電池壽命可延長(zhǎng) 50%。鋰離子電池的首次充電比聽(tīng)起來(lái)更重要。它決定了電池以后的工作性能和工作時(shí)間，尤其是電池在性能下降之前能承受多少次充電和放電循環(huán)。

在鋰離子電池出廠前以大電流對(duì)其進(jìn)行首次充電，速度快 30 倍，壽命延長(zhǎng) 50%。

研究人員報(bào)告說(shuō)，在異常高的電流下給電池進(jìn)行第一次充電，可使其平均壽命延長(zhǎng) 50%，同時(shí)將初始充電時(shí)間從 10 小時(shí)縮短到 20 分鐘。

同樣重要的是，研究人員能夠利用科學(xué)的機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)確定電池電極的具體變化，而這些變化正是壽命和性能提高的原因——這對(duì)于希望簡(jiǎn)化流程和改進(jìn)產(chǎn)品的電池制造商來(lái)說(shuō)是非常寶貴的見(jiàn)解。

研究人員說(shuō)："這是一個(gè)很好的例子，說(shuō)明了研究中心是如何通過(guò)制造科學(xué)來(lái)使能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)更加經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。我們正在解決工業(yè)界面臨的真正挑戰(zhàn)；關(guān)鍵是，我們從一開(kāi)始就與工業(yè)界合作。"

根據(jù)研究中心的研究，工廠以大電流為新型鋰離子電池充電會(huì)顯著消耗電池的鋰供應(yīng)，但會(huì)延長(zhǎng)電池的壽命。損耗的鋰通常用于在負(fù)極上形成名為 SEI 的保護(hù)層。然而，在快速充電條件下，鋰離子也會(huì)在負(fù)極的副反應(yīng)過(guò)程中被消耗掉。這就在兩個(gè)電極上形成了額外的頂空，有助于提高電池的性能和壽命。

參與這項(xiàng)研究的研究人員說(shuō)，研究結(jié)果不僅對(duì)電動(dòng)汽車和電網(wǎng)的鋰離子電池制造有實(shí)際意義，而且對(duì)其他技術(shù)也有實(shí)際意義。

"這項(xiàng)研究令我們非常振奮，"研究人員說(shuō)。"電池制造需要大量資金、能源和時(shí)間。要花很長(zhǎng)時(shí)間才能啟動(dòng)新電池的制造，而且由于涉及的因素太多，要優(yōu)化制造過(guò)程確實(shí)非常困難。"

研究人員說(shuō)，這項(xiàng)研究成果展示了一種可推廣的方法，用于理解和優(yōu)化電池制造的這一關(guān)鍵步驟。此外，我們或許還能將我們所學(xué)到的知識(shí)應(yīng)用到未來(lái)的新工藝、設(shè)施、設(shè)備和電池化學(xué)材料中。

為了了解電池初始循環(huán)期間發(fā)生的情況，研究團(tuán)隊(duì)制造了袋裝電池，其中正負(fù)極被電解質(zhì)溶液包圍，鋰離子在電解質(zhì)溶液中自由移動(dòng)。

電池充電時(shí)，鋰離子流入負(fù)極儲(chǔ)存。電池放電時(shí)，鋰離子流回正極，從而產(chǎn)生電子流，為從電動(dòng)汽車到電網(wǎng)等設(shè)備供電。

研究人員說(shuō)，新電池的正極是 100% 充滿鋰的。電池每經(jīng)歷一次充放電循環(huán)，就會(huì)有一部分鋰失活。盡量減少這些損失可以延長(zhǎng)電池的工作壽命。奇怪的是，最大限度減少整體鋰損耗的一種方法是在電池首次充電時(shí)故意損失很大比例的初始鋰供應(yīng)。這就像做一筆小投資，卻能在未來(lái)獲得豐厚的回報(bào)。

這種第一周期的鋰損耗并非徒勞。損失的鋰變成了一個(gè)叫做固體電解質(zhì)相間層（SEI）的松軟層的一部分，該層在第一次充電時(shí)形成于負(fù)極表面。作為回報(bào)，SEI 保護(hù)負(fù)極免受副反應(yīng)的影響，這些副反應(yīng)會(huì)加速鋰的流失，并隨著時(shí)間的推移加速電池的老化。使 SEI 恰到好處非常重要，因此第一次充電被稱為化成充電。

"化成是制造過(guò)程中的最后一步，"研究人員說(shuō)，"因此，如果化成失敗，到那時(shí)為止在電池上投入的所有價(jià)值和精力都將付諸東流。 "

制造商通常會(huì)以較低的電流對(duì)新電池進(jìn)行首次充電，理論上這樣可以形成最堅(jiān)固的 SEI 層。但這樣做也有弊端：用小電流充電既費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢，而且不一定能產(chǎn)生最佳效果。因此，當(dāng)最近的研究表明用大電流快速充電不會(huì)降低電池性能時(shí)，這是一個(gè)令人振奮的消息。

但研究人員還想深入研究。充電電流只是第一次充電時(shí)形成 SEI 的幾十個(gè)因素之一。在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試所有可能的因素組合，以確定哪一個(gè)最有效，是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。

為了將問(wèn)題縮小到可控范圍內(nèi)，研究團(tuán)隊(duì)利用科學(xué)機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)確定哪些因素對(duì)取得良好效果最為重要。出乎他們意料的是，只有兩個(gè)因素--溫度和電池充電電流在所有因素中最為明顯。