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高容量鋰離子電池安全難題如何解決

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2024年01月23日  

隨著可穿戴設備、電動汽車產業等的迅速發展,對電池的“高容量”標準,也在不斷提高。以鋰金屬為負極的鋰電池,有著比傳統鋰離子電池高10倍的容量潛力,但卻存在著潛在的安全隱患。


28日,從湖南大學獲悉,美國亞利桑那州立大學姜漢卿團隊、萊斯大學唐銘團隊,與該校段輝高團隊一項關于“鋰枝晶”問題的研究成果,有望助力解決這類“高能”鋰電池的安全“煩惱”。這一成果,于近日發表于國際能源期刊《自然·能源》上。


石墨作為傳統鋰離子電池的負極材料,存儲容量為380mAh/g。但,這遠低于鋰金屬的理論比容量3860mAh/g。因此,鋰金屬是高容量電池更為理想的負極材料。不過,早期以鋰金屬為負極的電池,會在充放電過程中產生樹枝狀金屬鋰,即“鋰枝晶”問題。這或可導致電池內部短路甚至爆炸,是潛在安全隱患。


為解決鋰枝晶生長問題,學界提出了各種解決方案。包括,在電解液中添加有機添加劑,或使用固態電解質等,抑制枝晶產生。近日,該論文研究團隊關于鋰枝晶問題的發現,有望助力從全新角度來“瓦解”鋰枝晶生成。


姜漢卿介紹,他們發現,在金屬沉積過程中,壓應力普遍存在。團隊在制備出的軟基襯底上,沉積銅膜作為集流體,將電極組裝成電池在顯微鏡下進行充電。觀察發現,充電一段時間后,銅膜上會驟然出現一維褶皺結構,通過銅膜失穩皺褶,軟性襯底上的應力被大大釋放。從而證實了電極表面的壓應力,確能驅動鋰枝晶生長。同時,他們通過對在銅箔上和軟基集流體沉積鋰金屬,研究沉積鋰形貌,證明了應力釋放能有效防止枝晶生成。


據悉,團隊還研究了更有效利用軟基底能釋放應力的方式。他們以方糖為模板,獲得了三維多孔軟基襯底。經測試發現,相對商業化銅箔及三維泡沫銅,其具更佳電化學性能。


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