Les batteries au lithium-ion après vingt ans de développement dans les matériaux et la conception ont des progrès importants, que l'énergie de la 80WH / kg initial, l'augmentation maintenant 260Wh / kg ou plus, et continue d'améliorer en. Haut matériau ternaire nickel / matériau de carbone de silicium est la direction principale de l'évolution actuelle de batteries d'énergie spécifique élevée, avec le matériau d'anode et supportant un liant, un agent conducteur, la solution électrolytique mature, mis en œuvre en 2020 300Wh / kg d'énergie spécifique plus élevée cible pratiquement sans trop de difficulté. Bien que carbure de silicium pour répondre aux besoins temporaires de conception de batterie haute énergie spécifique, mais pour la prochaine génération de 400Wh / kg de la nouvelle génération de matériau de carbone de silicium de batterie haute énergie spécifique ne peut rien faire.
Du point de vue de l'état actuel de la technique, Li-S, Li, et tout à l'état solide Li batterie métal-air est la plus probable prochaine génération de mode de réalisation de la batterie à haute énergie spécifique, sans exception, ces piles seront appliquées à l'électrode négative de métal métal de Li Li la capacité d'électrode négative théorique de 3800 mAh / g, et présente une excellente conductivité électronique, est un matériau d'anode très souhaitable, mais anode en métal Li ont fait face à un problème sérieux lorsqu'ils sont utilisés dans une batterie secondaire - bâtonnets métalliques Li métal cristaux Li dendrites apparaissent non seulement provoquer la perte de Li, dans les cas extrêmes peuvent également provoquer un court-circuit interne, ce qui entraîne de graves problèmes de sécurité. par conséquent, la majorité des chercheurs ont mis beaucoup d'efforts dans le développement peut supprimer la croissance Li dendritique la technologie, par exemple, nous avons rapporté « l'Université Tsinghua: l'orientation de la croissance dendritique Li-induite, les problèmes de sécurité métalliques d'anode de lithium détermination » dans un article sur l'Université et d'autres Peichao Zou Tsinghua rapporté au moyen d'induire la direction de croissance Li dendritique, pour éviter Li dendrites percer la membrane, de manière à atteindre le but d'éviter un court-circuit interne. en outre, nous sommes encore « possibilités d'anode de lithium métal et les défis, » un article sur la suppression actuelle de dendrites métallique Li Les moyens de la croissance d'un examen complet, vous pouvez cliquer sur le lien pour voir l'original.
Dendrite est un phénomène relativement courante dans l'industrie métallurgique, par exemple, peut être un problème dans la dendrite électrolytique de Cu et Zn dans la production, en particulier dans la recherche de ces dernières années température ambiante relativement chaud électrolyte liquide ionique est également dendritique Al en proie à des problèmes. dendrites se pose en ce que la racine de la polarisation locale, ce qui entraîne la distribution actuelle inégale, Li Dendrite est générée à l'intérieur de la batterie secondaire est la même raison, inhibant ainsi la croissance de Li dendrites clé est de savoir comment réduire la polarisation locale , par exemple, des rapports ont fait une petite quantité de potentiel redox légèrement inférieur à l'élément de métal alcalin Li + dans l'électrolyte, tels que Cs + et Rb +, etc., peut inhiber de manière significative la croissance de Li dendrites, son mécanisme, comme indiqué dans les branches Li cristal local généré lorsque la densité de courant augmente, Cs + et fermera Rb + attirés, mais étant donné à la fois le potentiel de réduction des ions métalliques est relativement faible, et donc ne se produit pas de dépôt, l'accumulation de la surface du cation Li dendritique volonté Li + Effet répulsif, inhibant ainsi la croissance des Li dendrites.
Récemment l'Arizona State University, l'Université de Shenzhen et de l'Université du Hunan Hanqing Jiang et al ont trouvé que le stress mécanique a un impact important sur la croissance des dendrites de métal Li, Li est déposé par la méthode du substrat flexible métal Li généré pendant le dépôt La libération du stress inhibe efficacement la croissance des Li dendrites.
Jiang Hanqing conçu substrat flexible comme représenté, et est principalement composée d'une couche mince feuille de cuivre d'un substrat flexible (polydiméthylsiloxane PDMS), composée de Li déposée sur le substrat ci-dessus, la contrainte générée peut provoquer cuivre les rides de feuille objectif, de manière à parvenir à la libération de la contrainte (comme représenté sur les figures. a et B), tandis que, si un substrat rigide, la contrainte ne peut pas être libéré, ce qui entraîne la génération de Li dendrite (indiqués ci-dessous c).
Hanqing Jiang ci-dessous montre l'utilisation du processus de charge des piles boutons, les rides Li provoquées par le phénomène d'épaisseur différente est déposée sur (200, 400 et 800 nm) du substrat flexible, on peut voir sur la figure montrant un premier substrat en feuille de cuivre 1D phénomène des rides, comme le temps de dépôt augmente feuilles Li présente les rides 2D, ce phénomène se vérifie également l'hypothèse de stress Li est générée au cours du processus de dépôt. nous notons également avec des plis métalliques longueur d'onde apparaissant sur un substrat flexible Li n'a pas d'importance quantité de dépôt, mais est étroitement liée à l'épaisseur de la feuille de cuivre, pour 200 nm, 400 nm et longueur d'onde de 800 nm feuille ondulée sont 25um, 50um et 100um.
La figure suivante illustre le procédé de dépôt Li sont des substrats durs et substrat flexible peut être vu après 5min déposée sur le substrat dur (panneau inférieur a) déjà apparu plusieurs saillies, Li dépôt très inégale. déposé sur un substrat souple d'un métal Li est relativement uniforme, aucune aspérité. IH après le dépôt, sur le substrat dur ont eu beaucoup de différents diamètres de dendrites Li forte (figure C inférieure), et la souplesse La couche de Li métallique sur le substrat est très uniforme, sans Li dendrites observées (figure d) .Après 100 cycles, le substrat dur est déjà recouvert de Li dendrites du métal, tandis que Li sur le substrat flexible est encore relativement Ceci montre que le mécanisme de libération de contrainte du substrat flexible peut bien inhiber la croissance de Li dendrite.
Hanqing Jiang Li croissance dendritique est censé soulager le stress généré pendant le dépôt Li, mais le manque de soutien pour les données relatives à la théorie, donc hanqing Jiang modèle établi de la croissance Li dendritique est analysé. Dans quelques modèles les principaux facteurs affectant les semences Li croissance de dendrites, une première contrainte est produite dans le procédé de dépôt Li, principalement parce que Li est noyé dans la surface de l'état de non-équilibre aux limites des cristaux Li, conduisant ainsi à un stress (environ 100 MPa). suivi par le film SEI formée sur la surface peut empêcher le stress de Li à être libéré à travers la surface de fluage de métal Li. le troisième est un défaut de plan présent dans le métal Li, Li favorisera la croissance de la dendrite métallique.
Dans le modèle, Li croissance dendritique est parce que le stress généré au niveau des joints de grains Li a changé ici le potentiel chimique de Li, Li provoquant le taux de dépôt plus élevé que la durée moyenne ici taux de dépôt Li (comme le montre la figure. C) , les calculs montrent que le taux de croissance de dendrites Li sur un substrat dur 8.4-9.8nm / s, le taux de croissance beaucoup plus élevé de la couche de placage Li sur un substrat flexible et Li taux de croissance de dendrites de seulement 0,3 nm / s , ce qui est encore mieux que le taux de croissance de Li plaquant encore plus lente, Li dendrites ne se produit pas naturellement, le substrat flexible peut montrer une bonne croissance inhibant Li dendrites en libérant le stress.
Pour améliorer encore les performances du substrat flexible, Hanqing Jiang structure 3D flexible ayant un collecteur (ci-dessous) a été préparé, la structure actuelle collecteur 3D peut réduire efficacement la densité de courant de la surface d'électrode, Li réduire l'épaisseur de la surface d'électrode métallique, ainsi mieux en mesure d'inhiber la croissance de dendrites Li, améliorer les performances du cycle de la batterie.
Jiang Hanqing comparaison des performances électrochimiques collecteur de courant souple 3D, une feuille de cuivre et la mousse (comme illustré ci-dessous), la courbe b, c et d, respectivement, dans trois collecteur 1mA / cm2, 2mA / cm2 et 3mA charge à une densité de courant / cm2 pendant 1 h et ensuite déchargé à 1V caractéristiques de cycle courbes du collecteur souple 3D a été considérablement améliorée dans l'exécution du cycle à une densité de courant de 1 mA / cm2 et 200 dans le cycle précédent collecteur souple 3D l'efficacité coulombienne de 98%, alors que la feuille de mousse et la feuille de cuivre 90 dans l'efficacité de Coulomb vues avant est seulement d'environ 90% et 95%, puis a commencé à devenir très instable.
Afin de vérifier la fonctionnalité du collecteur souple 3D, HanqingJiang pré lithium (2mAh / cm2) d'une électrode négative flex courant collecteur 3D à de LiFePO4 (densité de revêtement 1mAh / cm2) pour la préparation d'une cathode de la pile complète, et le test de la batterie propriétés électrochimiques (comme indiqué ci-dessous), à 100 cycles à un grossissement 1C, le taux de rétention de la capacité 3D flexible du collecteur de courant de 85,6%, tandis que l'utilisation de courant d'électrode feuille de cuivre comme négatif collecteur taux de rétention de la capacité de la batterie était de 55,3% , tandis que l'utilisation de mousse en tant que collecteur de courant d'électrode négative en feuille de cuivre du taux de rétention de la capacité de la batterie était de 34,4%
Hanqing Jiang et al. Ont réalisé que le stress produit par Li dans le processus de dépôt est un facteur clé qui conduit à la génération et la croissance de Li dendrites.Le substrat flexible est utilisé comme collecteur de courant pour libérer le métal Li pendant le processus de dépôt. Le stress généré dans ce processus peut inhiber efficacement la croissance de Li dendrite et améliorer les performances cycliques des cellules Li métalliques, ce qui est très important pour le développement des batteries au lithium métal.A présent, la batterie a besoin de développement de cycle et de densité énergétique. Augmenter pour améliorer la facilité d'utilisation de la batterie.
