固態電池鋰枝晶解決的理論方法
全固態電池研究過程中遇到的第一個難題就是鋰枝晶問題,鋰枝晶的形成對于所有的鋰電池而言,都是不得不面對的問題。其生成原理是鋰離子在負極與電解液中的不均勻沉積,所形成的樹杈狀的鋰離子結晶體,這些結晶體在放電倍率超過電池設計(ji)上限以及長(chang)期的充放電(dian)(dian)循環中均有可(ke)能出現(xian)(xian)。而(er)鋰枝晶一旦出現(xian)(xian),則意味著電(dian)(dian)池內(nei)部的鋰離子(zi)出現(xian)(xian)了不(bu)可(ke)逆的減少,同時鋰枝晶會不(bu)斷吸(xi)附游離的鋰離子(zi)實現(xian)(xian)生(sheng)長(chang),最終(zhong)可(ke)能會刺破隔膜,導致(zhi)電(dian)(dian)池正負極(ji)直(zhi)接產生(sheng)接觸引發短路。
面(mian)對這一難題(ti),有廠(chang)家提(ti)出了解決的理論方法:
1、銀碳復合材料層
在硫化物固態電解質與負極材(cai)料之間,添加了一層銀碳復(fu)合(he)材(cai)料層。
其充電(dian)過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)工(gong)作原(yuan)理,是在鋰離(li)子通過電(dian)解(jie)(jie)質抵達負極最(zui)終沉(chen)積(ji)(ji)的(de)(de)過程(cheng)中(zhong),使鋰離(li)子與銀(yin)(yin)碳材料層中(zhong)間的(de)(de)銀(yin)(yin)離(li)子實現結合,降低(di)鋰離(li)子的(de)(de)成核(he)能(neng)(可簡單理解(jie)(jie)為聚(ju)集在一起的(de)(de)能(neng)力),從(cong)而使鋰離(li)子均(jun)勻地沉(chen)積(ji)(ji)在負極材料上。
2、SUS集電器負(fu)極(ji)
銀碳復(fu)合(he)材料(liao)層很(hen)大程度(du)上解決了(le)(le)鋰離子(zi)不均勻沉積的問(wen)題,但為了(le)(le)盡可能減(jian)少鋰枝晶(jing)的形成(cheng),還需(xu)要對電池中過量的鋰進行削減(jian)。
是因為(wei)被盛傳適合作為(wei)高能量密度(3,860mAhg1)負極材料的金屬鋰,在固態電(dian)池中并不適用。過量的鋰在高電(dian)壓的作用下很(hen)可能會(hui)自發(fa)聚集,形(xing)成鋰枝晶(jing)。
因此(ci),在全固態電(dian)池(chi)解決方案中(zhong)使(shi)用(yong)不含(han)鋰(li)的不銹鋼(gang)(SUS)集電(dian)器作為負(fu)極,作為鋰(li)離(li)子的沉積(ji)載體和電(dian)池(chi)的結構體,SUS材(cai)料(liao)的機械強度十分可靠。并且由于負(fu)極材(cai)料(liao)不含(han)鋰(li),也能夠抑制鋰(li)枝晶的形成(cheng)。
3、輝石型硫(liu)化物固態電解質
鋰(li)枝晶形成的(de)另一處位置是(shi)電解質(zhi),由于傳統電解質(zhi)鋰(li)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)遷移數通常為(wei)0.5,過量(liang)放電造成的(de)大量(liang)鋰(li)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)遷移會使(shi)鋰(li)離(li)(li)(li)子(zi)(zi)沉積在離(li)(li)(li)子(zi)(zi)通道內,在長期(qi)的(de)循(xun)環中有可(ke)能形成鋰(li)枝晶。
在全固態電池(chi)解(jie)決方案中使用鋰離子遷(qian)移(yi)數為(wei)1的輝石型(xing)硫化物固態電解(jie)質(zhi),其鋰離子遷(qian)移(yi)數較一般(ban)電解(jie)質(zhi)更大,不容易(yi)使鋰離子沉積(ji)其中,因此也(ye)能夠抑制鋰枝晶的形成(cheng)。
據相關媒體報道,通過(guo)上述的(de)(de)固態電池鋰枝晶(jing)(jing)(jing)解決(jue)理論方法,有(you)效(xiao)避免了鋰枝晶(jing)(jing)(jing)的(de)(de)形(xing)成,在其數千次的(de)(de)循環試驗中,采用這(zhe)一(yi)方案的(de)(de)固態電池沒有(you)形(xing)成鋰枝晶(jing)(jing)(jing)。

 




