抑制鋰電池鋰枝晶的生長,助力鋰電池應用

來源：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，助力鋰電池應用。金屬鋰本身由于其極高的比容量和極好導電性，對于未來的高能量密度、高倍率電池來說，是一種極其有潛力的負極材料。但是金屬鋰電池的發(fā)展嚴重受制于鋰枝晶的產(chǎn)生。枝晶不僅會斷裂導致電池容量衰減，還可能刺透隔膜使電池短路引發(fā)嚴重安全問題。隨著便攜式電子設備及電動汽車的快速發(fā)展，人們除了追求鋰電池的大容量和充放電速度外，更關心的是鋰電池的安全性。

鋰電池鋰枝晶形成的原因

一、正負極表面不均勻

正負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極涂布偏輕，活性物質混入雜質、正極或負極頭部超厚等等。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，穿過電解液和隔膜，嵌入負極。在充電過程中，正極鋰離子濃度不斷升高，負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，表明負極形成局部空間電荷，并生成枝晶，枝晶結構生長速度和電解液中離子偏移速率相同。

三、過放

在放電過程中，負極鋰離子濃度逐步增高，正極鋰離子濃度緩慢變小，當深度放電時，由于負極接收鋰離子數(shù)量與擴散能力有限，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。

鋰電池鋰枝晶抑制策略

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

2、隨著鋰電池的老化，動力學條件會變差，因此需要對金屬鋰沉積最大限制電流的降低進行跟蹤，避免電流過大引起呈現(xiàn)鹿角式生長的鋰枝晶的產(chǎn)生，減少電池內(nèi)短路的風險。

3、固態(tài)電解質則具有較高的模量，可以阻止鋰枝晶的生長和蔓延，鋰枝晶很難穿刺電解質導通正負極，安全性得以大大提高，因而被認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。當金屬鋰與電解液接觸時會在表面生成一層固態(tài)電解質界面膜(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)可以原位調控SEI的組成實現(xiàn)鋰的均勻沉積。

未來，我們將繼續(xù)優(yōu)化該具有多級三維結構的鋰負極載體的機械性能，進一步提電極材料在快速沖放狀態(tài)下的沖放容量，爭取早日實現(xiàn)具有超高能量密度以及功率密度的金屬鋰負極材料。在接下來的研究中，仍需在深入了解枝晶消除機理和過程的基礎上取得突破。