抑制鋰電池鋰枝晶的生長(zhǎng),助力鋰電池應(yīng)用

來(lái)源：存能電氣  日期：2020-04-07 14:09  瀏覽量：次

抑制鋰電池鋰枝晶的生長(zhǎng)，助力鋰電池應(yīng)用。金屬鋰本身由于其極高的比容量和極好導(dǎo)電性，對(duì)于未來(lái)的高能量密度、高倍率電池來(lái)說(shuō)，是一種極其有潛力的負(fù)極材料。但是金屬鋰電池的發(fā)展嚴(yán)重受制于鋰枝晶的產(chǎn)生。枝晶不僅會(huì)斷裂導(dǎo)致電池容量衰減，還可能刺透隔膜使電池短路引發(fā)嚴(yán)重安全問(wèn)題。隨著便攜式電子設(shè)備及電動(dòng)汽車的快速發(fā)展，人們除了追求鋰電池的大容量和充放電速度外，更關(guān)心的是鋰電池的安全性。

鋰電池鋰枝晶形成的原因

一、正負(fù)極表面不均勻

正負(fù)極表面不均勻的原因有很多，比如：涂布不均勻，正極涂布偏重或者負(fù)極涂布偏輕，活性物質(zhì)混入雜質(zhì)、正極或負(fù)極頭部超厚等等。表面粗糙度越大，越有利于鋰枝晶的形成。

二、鋰離子濃度梯度及分布

鋰離子從正極材料中脫出后，穿過(guò)電解液和隔膜，嵌入負(fù)極。在充電過(guò)程中，正極鋰離子濃度不斷升高，負(fù)極鋰離子濃度逐漸減小，在電流密度大的稀溶液中，離子濃度可視為0，表明負(fù)極形成局部空間電荷，并生成枝晶，枝晶結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)速度和電解液中離子偏移速率相同。

三、過(guò)放

在放電過(guò)程中，負(fù)極鋰離子濃度逐步增高，正極鋰離子濃度緩慢變小，當(dāng)深度放電時(shí)，由于負(fù)極接收鋰離子數(shù)量與擴(kuò)散能力有限，所以剩余的鋰離子將游離該極表面并析出。

四、極化

在負(fù)極漏銅箔的地方，由于極化小，易鋰合金化，易析鋰。

五、電流密度

電流密度減小，可以在一定程度上延緩枝晶鋰的生長(zhǎng)。

鋰電池鋰枝晶抑制策略

1、使用具有較多極性基團(tuán)的玻璃纖維固體電解質(zhì)作為負(fù)極表面的修飾層，抑制了枝晶的生長(zhǎng)。

2、隨著鋰電池的老化，動(dòng)力學(xué)條件會(huì)變差，因此需要對(duì)金屬鋰沉積最大限制電流的降低進(jìn)行跟蹤，避免電流過(guò)大引起呈現(xiàn)鹿角式生長(zhǎng)的鋰枝晶的產(chǎn)生，減少電池內(nèi)短路的風(fēng)險(xiǎn)。

3、固態(tài)電解質(zhì)則具有較高的模量，可以阻止鋰枝晶的生長(zhǎng)和蔓延，鋰枝晶很難穿刺電解質(zhì)導(dǎo)通正負(fù)極，安全性得以大大提高，因而被認(rèn)為是鋰金屬電池最優(yōu)的選擇。

4、采用電解液助劑抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。當(dāng)金屬鋰與電解液接觸時(shí)會(huì)在表面生成一層固態(tài)電解質(zhì)界面膜(SEI)。在不改變電解液主要組成的前提下，引入電解液助劑氟代碳酸乙烯酯(FEC)可以原位調(diào)控SEI的組成實(shí)現(xiàn)鋰的均勻沉積。

未來(lái)，我們將繼續(xù)優(yōu)化該具有多級(jí)三維結(jié)構(gòu)的鋰負(fù)極載體的機(jī)械性能，進(jìn)一步提電極材料在快速?zèng)_放狀態(tài)下的沖放容量，爭(zhēng)取早日實(shí)現(xiàn)具有超高能量密度以及功率密度的金屬鋰負(fù)極材料。在接下來(lái)的研究中，仍需在深入了解枝晶消除機(jī)理和過(guò)程的基礎(chǔ)上取得突破。