抑制锂电池锂枝晶的生长,助力锂电池应用

来源：3499拉斯维加斯  日期：2020-04-07 14:09  浏览量：次

抑制锂电池锂枝晶的生长，助力锂电池应用。金属锂本身由于其极高的比容量和极好导电性，对于未来的高能量密度、高倍率电池来说，是一种极其有潜力的负极材料。但是金属锂电池的发展严重受制于锂枝晶的产生。枝晶不仅会断裂导致电池容量衰减，还可能刺透隔膜使电池短路引发严重安全问题。随着便携式电子设备及电动汽车的快速发展，人们除了追求锂电池的大容量和充放电速度外，更关心的是锂电池的安全性。

锂电池锂枝晶形成的原因

一、正负极表面不均匀

正负极表面不均匀的原因有很多，比如：涂布不均匀，正极涂布偏重或者负极涂布偏轻，活性物质混入杂质、正极或负极头部超厚等等。表面粗糙度越大，越有利于锂枝晶的形成。

二、锂离子浓度梯度及分布

锂离子从正极材料中脱出后，穿过电解液和隔膜，嵌入负极。在充电过程中，正极锂离子浓度不断升高，负极锂离子浓度逐渐减小，在电流密度大的稀溶液中，离子浓度可视为0，表明负极形成局部空间电荷，并生成枝晶，枝晶结构生长速度和电解液中离子偏移速率相同。

三、过放

在放电过程中，负极锂离子浓度逐步增高，正极锂离子浓度缓慢变小，当深度放电时，由于负极接收锂离子数量与扩散能力有限，所以剩余的锂离子将游离该极表面并析出。

四、极化

在负极漏铜箔的地方，由于极化小，易锂合金化，易析锂。

五、电流密度

电流密度减小，可以在一定程度上延缓枝晶锂的生长。

锂电池锂枝晶抑制策略

1、使用具有较多极性基团的玻璃纤维固体电解质作为负极表面的修饰层，抑制了枝晶的生长。

2、随着锂电池的老化，动力学条件会变差，因此需要对金属锂沉积最大限制电流的降低进行跟踪，避免电流过大引起呈现鹿角式生长的锂枝晶的产生，减少电池内短路的风险。

3、固态电解质则具有较高的模量，可以阻止锂枝晶的生长和蔓延，锂枝晶很难穿刺电解质导通正负极，安全性得以大大提高，因而被认为是锂金属电池最优的选择。

4、采用电解液助剂抑制锂枝晶生长。当金属锂与电解液接触时会在表面生成一层固态电解质界面膜(SEI)。在不改变电解液主要组成的前提下，引入电解液助剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)可以原位调控SEI的组成实现锂的均匀沉积。

未来，我们将继续优化该具有多级三维结构的锂负极载体的机械性能，进一步提电极材料在快速冲放状态下的冲放容量，争取早日实现具有超高能量密度以及功率密度的金属锂负极材料。在接下来的研究中，仍需在深入了解枝晶消除机理和过程的基础上取得突破。