全固态锂电池锂枝晶生长及抑制研究方面取得进展

2020-09-03 09:36 admin

最近,中国科学院合肥材料科学研究院固体物理研究所内部摩擦与固体缺陷研究所研究员方谦峰的研究小组设计了一种不对称结构的固态电池,用于研究 锂离子在固态电池中的沉积和传输规律。 锂电池中锂树枝状晶体的生长和抑制机理提供了重要的参考。 相关研究结果发表在《电源》杂志上,标题为Li7La3Zr2O12电解质中锂金属的晶内生长和锂金属的均匀分布机理。  
 
锂离子电池具有高能量密度,强稳定性和长循环寿命,已广泛用作商业和高效的储能设备。 但是,由于在商用锂离子电池中使用了易燃的有机电解质,当电池处于高温,短路,过充电或物理损坏的状态时,很容易引起火灾甚至爆炸。 因此,使用不可燃的无机固体电解质代替液体电解质是解决锂电池安全性问题的最有效方法之一。 然而,由于锂离子在负极的沉积过程中自发地形成树枝状锂树枝状晶体,因此它们的尖锐结构易于刺穿隔膜,导致电池短路和潜在的安全隐患。 因此,使用无机固体电解质代替液体有机电解质,有效抑制锂树枝状锂在充放电过程中的生长,可以更好地解决锂离子电池的安全问题,并正确理解锂离子在固体中的沉积和传输。 固态电池该过程对于抑制锂树枝状晶体的生长并防止电池短路至关重要。  
 
因此,研究人员通过将电解质两侧的金属锂电极设计为彼此垂直来设计具有不对称结构的固体电池(图1a),并通过观察锂的状态推断出锂 沉积在电解质表面上。 电解质内部离子的传输过程。 同时,Au原子层被溅射在电解质表面层的中心区域,并且与未溅射的Au原子层的面积相比,Au原子层对锂沉积的影响规律 获得离子。 结果表明,电解质表面上的电子分布直接影响电解质中锂离子的传输路径(图1b),从而使来自电解质上表面的锂离子发散地分布在电解质中。 进一步的分析发现,在未溅射的Au溅射区域中,锂离子沉积在不规则区域(图1a中蓝色框的左侧区域)显示出富集的分布状态,这会诱导锂树枝状晶体的生长并引起短路。  。 在溅射有Au原子层的区域中,锂离子沉积呈均匀的球形颗粒分布(图1a中的红色框区域和蓝色框中的右侧区域),有效地抑制了由Al的生长引起的锂离子。 锂枝晶电池的潜在安全隐患。 这项工作的发展为优化所有固态电池的接口性能和安全性能提供了理论和实验基础。  
 
这项研究工作得到了中国国家自然科学基金和安徽自然科学基金的支持。

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