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鋰離子電池鋰枝晶的形成和抑制

時(shí)間:2021-05-12 預(yù)覽:158


 

一、鋰離子電池鋰枝晶形成的原因

1、正負(fù)極表面不均衡

造成正負(fù)極表面不均衡的因素包括:涂布不均勻,不是正極涂布偏重就是負(fù)極涂布偏輕;活性物質(zhì)摻入雜質(zhì);正極或是負(fù)極頭比較厚等。此外,要是表面粗糙度越大,越會(huì)加快鋰枝晶的形成。

2、鋰離子濃度梯度及分布

鋰離子在正極材料中脫出后,會(huì)經(jīng)過(guò)電解液和隔膜,然后嵌入到負(fù)極中。在充電的過(guò)程中,正極鋰離子的濃度持續(xù)上升,負(fù)極鋰離子的濃度漸漸降低,在電流密度比較大的稀溶液中,離子濃度可以看成0,說(shuō)明負(fù)極變成局部空間電荷,并且形成枝晶,枝晶結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的速度和電解液中離子偏移速率是一樣的。

鋰離子電池鋰枝晶的形成和抑制(圖1)

3、過(guò)放

在放電的過(guò)程中,負(fù)極鋰離子濃度漸漸在增高,而正極鋰離子濃度在逐步減小,在深度放電的時(shí)候,因?yàn)樨?fù)極可承受鋰離子數(shù)量和擴(kuò)散能力是有限的,因此多余的鋰離子就會(huì)游離該極表面然后析出。

4、極化

在負(fù)極漏銅箔的位置,因?yàn)闃O化小,容易鋰合金化,所以鋰離子容易析鋰。

5、電流密度

降低電流密度,能夠在一定的程度上延緩枝晶鋰的生長(zhǎng)速度。

 

二、抑制鋰離子電池鋰枝晶的方法

1、采用具有較多極性基團(tuán)的玻璃纖維固體電解質(zhì),當(dāng)成負(fù)極表面的修飾層,從而控制枝晶的生長(zhǎng)。

2、由于鋰離子電池的老化,動(dòng)力學(xué)條件也會(huì)變?nèi)?,所以需要?duì)金屬鋰沉積最大控制電流的降低進(jìn)行追蹤,避免電流太大造成鋰枝晶的出現(xiàn),有效降低了電池內(nèi)出現(xiàn)短路的現(xiàn)象。

3、固態(tài)電解質(zhì)具備比較高的模量,能夠阻礙鋰枝晶的生長(zhǎng),鋰枝晶難以穿刺電解質(zhì)導(dǎo)通正負(fù)極,大幅度提升了安全性,所以被當(dāng)做是鋰金屬電池最佳的一個(gè)選擇。

4、應(yīng)用電解液助劑能夠控制鋰枝晶的生長(zhǎng)。在金屬鋰和電解液進(jìn)行接觸的時(shí)候,會(huì)在表面形成一層固態(tài)電解質(zhì)界面膜(SEI)。在不變動(dòng)電解液重要組成的情況下,將電解液助劑氟代碳酸乙烯酯(FEC)引入,能夠調(diào)節(jié)SEI的組成,從而實(shí)現(xiàn)鋰的均勻沉積。

 


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