鋰金屬負(fù)極穩(wěn)定技術(shù)解析
發(fā)布時(shí)間:2017-09-20 責(zé)任編輯:susan
【導(dǎo)讀】鋰金屬負(fù)極由于具有較高的理論比容量及最低的負(fù)極電化學(xué)勢(shì)而有望成為高能量密度鋰電池中理想的負(fù)極材料,然而其使用過程中容易形成枝晶,并由此引發(fā)的電池安全性等問題嚴(yán)重阻礙了鋰負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用。因此解決鋰金屬負(fù)極在使用過程中存在的枝晶問題,具有重要的科學(xué)意義及實(shí)用價(jià)值。
背景介紹
全球能源危機(jī)和環(huán)境惡化加速了綠色能源技術(shù)的發(fā)展,繼而引起了人們對(duì)鋰離子電池(LIB)在內(nèi)的綠色儲(chǔ)能技術(shù)的廣泛關(guān)注。從上世紀(jì)90年代開始,LIBs的商業(yè)化極大地推動(dòng)了包括筆記本、移動(dòng)電話等便攜式電子產(chǎn)品的發(fā)展和普及。然而近年來,隨著電動(dòng)汽車及其他先進(jìn)便攜式電子產(chǎn)品的快速發(fā)展,目前的鋰離子電池已經(jīng)逐漸不能滿足其需求。在這種背景下,高能量密度電池已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)領(lǐng)域,相關(guān)研究成果受到廣泛的關(guān)注。鋰金屬負(fù)極由于具有較高的理論比容量及最低的負(fù)極電化學(xué)勢(shì)而有望成為高能量密度鋰電池中理想的負(fù)極材料,然而其使用過程中容易形成枝晶,并由此引發(fā)的電池安全性等問題嚴(yán)重阻礙了鋰負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用。因此解決鋰金屬負(fù)極在使用過程中存在的枝晶問題,具有重要的科學(xué)意義及實(shí)用價(jià)值。
成果簡(jiǎn)介
近日,中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所王書華博士(第一作者)和郭玉國(guó)研究員(通訊作者)報(bào)道了通過在垂直微孔孔道中調(diào)節(jié)鋰的沉積/溶解來得到穩(wěn)定的鋰金屬負(fù)極,進(jìn)而抑制鋰枝晶的生長(zhǎng)。他們系統(tǒng)分析了多孔銅集流體結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)電流密度分布的影響以及鋰在不同尺寸的多孔銅集流體內(nèi)的形貌演化。通過COMSOL Multiphysics理論模擬,發(fā)現(xiàn)尖端效應(yīng)導(dǎo)致鋰在微孔道壁內(nèi)的優(yōu)先沉積,相比平板銅,他們?cè)O(shè)計(jì)的集流體具有較大的比表面積和孔體積,有效減少了金屬鋰在集流體表面的沉積,進(jìn)而抑制了鋰枝晶的生長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn),具有多孔銅集流體的鋰負(fù)極,具有較高的循環(huán)穩(wěn)定性,200圈內(nèi)平均庫(kù)倫效率約98.5%。此外,基于此種集流體所組裝的LiFePO4/Li全電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和穩(wěn)定的循環(huán)性能。相關(guān)成果以題為“Stable Li Metal Anodes via Regulating Lithium Plating/Stripping in Vertically Aligned Microchannels”發(fā)表在了Advanced Materials上。
圖文導(dǎo)讀
圖1.多孔銅集流體示意圖及模擬計(jì)算分析
a)設(shè)計(jì)的多孔銅集流體示意圖
b-d)多孔銅集流體上表面的電流密度分布模擬結(jié)果,圖中標(biāo)尺為10 μm。
e)鋰優(yōu)先沉積在多孔銅管壁上的示意圖
f,h,j,l)具有不同孔半徑的多孔銅上表面SEM圖
g,i,k,m)具有不同孔半徑的多孔銅的斷面SEM圖
圖2.鋰在不同孔半徑的銅集流體上沉積形貌的演變
a-d)半徑分別為5 μm,7.5 μm,10 μm及15 μm的多孔銅集流體上沉積鋰的SEM圖
e)在平板銅上沉積鋰的SEM圖
f)Li沉積在不同孔尺寸集流體內(nèi)的過電勢(shì)比較
圖3.鋰沉積在多孔銅集流體的EPMA圖及SEM斷面圖
a-d)電流密度為1mA cm -2的多孔Cu-5-50-12上沉積不同容量鋰時(shí)的EPMA圖
e,f)在多孔Cu-5-50-12上鋰沉積物的SEM斷面圖
圖4.性能分析
a)使用不同孔半徑的多孔銅集流體時(shí),對(duì)稱電池的循環(huán)性能
b)鋰沉積在平板銅及多孔Cu-5-50-12時(shí)的循環(huán)穩(wěn)定性能及庫(kù)倫效率
c)鋰沉積在多孔Cu-7.5-50-17、Cu-10-50-22、Cu-15-50-32時(shí)的循環(huán)穩(wěn)定性能及庫(kù)倫效率
d)不同循環(huán)圈數(shù)下,平板銅和多孔Cu-5-50-12的Li沉積/溶解時(shí)電壓分布細(xì)節(jié)圖
e)不同循環(huán)圈數(shù)下,鋰沉積在平板銅及多孔Cu-5-50-12上EIS圖
圖5.與磷酸鐵鋰(LFP)組成電池后循環(huán)性能及倍率性能分析
a,b分別以多孔Cu-5-50-12 a)和平板銅b)為集流體的鋰負(fù)極,與磷酸鐵鋰組成電池后,不同循環(huán)圈數(shù)時(shí)的電化學(xué)性能
c)平板銅和多孔銅為集流體時(shí),Li / LFP電池的循環(huán)性能比較
d)平板銅和多孔銅為集流體時(shí),Li / LFP電池的倍率性能比較
小結(jié)
該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了具有尖端效應(yīng)的垂直微孔孔道結(jié)構(gòu)以抑制Li枝晶的生長(zhǎng)。多孔銅的幾何形狀及結(jié)構(gòu)參數(shù)顯著影響電流密度分布,沉積鋰的形貌及其在半電池和全電池中的電化學(xué)性能。研究結(jié)果表明,具有垂直排列的銅微孔孔道結(jié)構(gòu)為安全的鋰負(fù)極設(shè)計(jì)提供了一個(gè)可行性的選擇。
特別推薦
- 兆易創(chuàng)新GD32F30x STL軟件測(cè)試庫(kù)獲得德國(guó)萊茵TüV IEC 61508功能安全認(rèn)證
- 芯科科技第三代無(wú)線開發(fā)平臺(tái)引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展
- MSO 4B 示波器為工程師帶來更多臺(tái)式功率分析工具
- 艾為電子推出新一代高線性度GNSS低噪聲放大器——AW15745DNR
- 瑞薩發(fā)布四通道主站IC和傳感器信號(hào)調(diào)節(jié)器, 以推動(dòng)不斷增長(zhǎng)的IO-Link市場(chǎng)
- e絡(luò)盟現(xiàn)貨供應(yīng) Abracon 新推出的 AOTA 系列微型鑄型電感器
- 加賀富儀艾電子推出支持Wi-Fi 6和藍(lán)牙的無(wú)線局域網(wǎng)/藍(lán)牙組合模塊
技術(shù)文章更多>>
- 一文掌握UV LED在空凈消殺領(lǐng)域的主要應(yīng)用
- 聚焦汽車智能化與電動(dòng)化︱AUTO TECH 2025 華南展11月,已全面啟動(dòng),邀您共精彩!
- 【“源”察秋毫系列】 Keithley在碳納米管森林涂層纖維復(fù)合材料的應(yīng)用
- 數(shù)字驅(qū)動(dòng)工業(yè),智能賦能制造 AMTS & AHTE SOUTH CHINA 2024同期會(huì)議全公開!
- 團(tuán)體觀展招募!104CEF開啟組團(tuán)觀眾通道,解鎖更多禮遇
技術(shù)白皮書下載更多>>
- 車規(guī)與基于V2X的車輛協(xié)同主動(dòng)避撞技術(shù)展望
- 數(shù)字隔離助力新能源汽車安全隔離的新挑戰(zhàn)
- 汽車模塊拋負(fù)載的解決方案
- 車用連接器的安全創(chuàng)新應(yīng)用
- Melexis Actuators Business Unit
- Position / Current Sensors - Triaxis Hall
熱門搜索
電阻觸控屏
電阻器
電阻作用
調(diào)速開關(guān)
調(diào)諧器
鼎智
動(dòng)力電池
動(dòng)力控制
獨(dú)石電容
端子機(jī)
斷路器
斷路器型號(hào)
多層PCB
多諧振蕩器
扼流線圈
耳機(jī)
二極管
二極管符號(hào)
發(fā)光二極管
防靜電產(chǎn)品
防雷
防水連接器
仿真工具
放大器
分立器件
分頻器
風(fēng)力渦輪機(jī)
風(fēng)能
風(fēng)扇
風(fēng)速風(fēng)向儀