Lithium-Ionen-Batterien nach zwanzig Jahren der Entwicklung in Material und Design haben einen bedeutenden Fortschritt, als die Energie von dem anfänglichen 80Wh / kg, der Anstieg nun 260Wh / kg oder mehr, und weiter in verbessern. Hoch Nickel ternäres Material / Silizium-Kohlenstoffmaterial ist die Hauptrichtung der aktuellen Entwicklung der hohen spezifischer Energiebatterien, mit dem Anodenmaterial und ein Bindemittel trägt, ein leitfähiges Mittel, die Elektrolytlösung reift, umgesetzt 2020 300Wh / kg spezifische Energie höher im wesentlichen ohne große Schwierigkeiten Ziel. Obwohl Siliziumkarbidmaterials vorübergehend hohe spezifische Energie Batterie Anforderungen zu genügen, sondern für die nächste Generation von 400Wh / kg der neuen Generation mit hohem spezifischem Energie-Batterie Silizium-Kohlenstoff-Material kann nichts tun.
Aus der Sicht des aktuellen Standes der Technik, Li-S, Li- und alle Festkörper-Li-Metall-Luft-Batterie ist die wahrscheinlichste nächste Generation des hohen spezifischen Energie-Batterie Ausführungsform ohne Ausnahme werden diese Batterien an die negativen Elektrode aus Metall Li-Metall Li aufgebracht werden die theoretische Kapazität der negative Elektrode von 3800mAh / g, besitzt und eine ausgezeichnete Elektronenleitfähigkeit, ist ein sehr wünschenswertes Anodenmaterial, aber Li Metallanode hat ein ernstes Problem bei der Verwendung in einer Sekundärbatterie konfrontiert - Li-Metall-Sticks Kristall Metall Li Dendriten erscheinen nicht nur dazu führen, den Verlust von Li, im Extremfall können auch interne Kurzschluss verursachen, was zu ernsthaften Sicherheitsproblemen. Deshalb ist die Mehrheit der Gelehrten viel Mühe gegeben haben, in der Entwicklung können Li Dendritenwachstums unterdrücken Technologie, zum Beispiel, haben wir die „! Tsinghua-Universität: Li-induzierte Dendritenwachstums Orientierung, metallischen Lithiumanode lösen Sicherheitsprobleme“ berichtet in einem Artikel über die berichtet Peichao Zou der Tsinghua-Universität und anderen mittels Induktion Li Dendritenwachstums Richtung, um zu verhindern Li Dendriten sticht die Membran, um den Zweck der Vermeidung von internem Kurzschluss zu erreichen. Darüber hinaus sind wir immer noch „Lithium-Metall-Anode Chancen und Herausforderungen,“ ein Artikel über die aktuelle Unterdrückung von Li-Metall Dendriten Bedeutet das Wachstum einer umfassenden Überprüfung, können Sie auf den Link klicken um das Original zu sehen.
Dendrite ist ein relativ weit verbreitetes Phänomen in der metallurgischen Industrie, beispielsweise ein Problem in Dendriten elektrolytischer Cu und Zn, insbesondere bei der Herstellung sein kann, in der letzten Jahren die Forschung Elektrolyt relativ heiße Umgebungstemperatur ionische Flüssigkeit ist auch dendritische Al mit Problemen behaftet. Dendrit entsteht dadurch, dass die Wurzel des lokalen Polarisation, in ungleichmäßigen Stromverteilung führt, Li Dendriten innerhalb der Sekundärbatterie erzeugt wird, ist der gleiche Grund, damit die Hemmung des Wachstums von Dendriten Li Schlüssel ist, wie lokale Polarisation zu reduzieren, zum Beispiel Berichte haben Wirklichkeit eine kleine Menge des Redoxpotentials etwas niedriger als das Alkalimetallelement Li + in dem Elektrolyten, wie beispielsweise Cs + und Rb +, etc., können signifikant das Wachstum von Li-Dendriten, dessen Mechanismus hemmen, wie in Li Zweigen gezeigt lokale Kristall erzeugt wird, wenn die Stromdichte zunimmt, Cs + und Rb + schließen zog, aber da sowohl das Metallionen-Reduktionspotential relativ gering ist und somit nicht Ablagerung auftritt, Akkumulation der Kations Li Dendriten Oberfläche wird Li + Erzeugen Abstoßung, wodurch das Wachstum von Li-Dendriten zu hemmen.
Vor kurzem fand Arizona State University, Shenzhen University und Hunan University Hanqing Jiang et al, dass die mechanische Belastung auf das Wachstum von Dendriten aus Metall Li einen wichtigen Einfluss hat, wird Li durch das Verfahren des flexiblen Substrats Li-Metall während der Abscheidung erzeugt abgelagert Stress freigesetzt werden, wirksam hemmt das Wachstum von Li Dendriten.
Hanqing Jiang flexible Substrat entworfen, wie gezeigt, und ist hauptsächlich aus dünner Kupferfolienschicht aus einem flexiblen Substrat (Polydimethylsiloxan PDMS), die aus dem aus Li auf dem obigen Substrat abgeschieden erzeugte Spannung kann dazu führen, Kupfer Objective-Folie Falten, um so die Freigabe der Spannung zu erreichen (wie in dem Fig. a und B), wohingegen bei einem starren Substrat, die Spannung nicht freigegeben werden kann, was zur Erzeugung von Li Dendriten (unter c gezeigt).
Hanqing Jiang unten zeigt die Verwendung des Verfahrens Knopfbatterien des Aufladens, Li Falten durch das Phänomen der unterschiedlichen Dicke verursacht wird, abgeschieden auf (200, 400 und 800 nm) des flexiblen Substrats, können wir aus der Figur sehen, eine erste Kupferfoliensubstrat 1D zeigt Falten-Phänomen, da die Abscheidungszeit erhöht Exponate Li Folie Falten 2D, dieses Phänomen wird auch die Hypothese, Li Stress verifiziert wird während des Abscheidungsprozesses erzeugt. wir auch mit Metall Falten beachten auf einem flexiblen Substrat wellenlängen erscheinenden Li nicht Ablagerungsmenge Rolle, sondern ist eng mit der Dicke der Kupferfolie, für 200 nm, 400 nm und 800 nm Wellenlänge gewellter Folie war 25 um, 50 um und 100 um zusammen.
Die folgende Abbildung stellt den Abscheidungsprozess von Li auf dem harten Substrat und dem flexiblen Substrat dar. Es ist ersichtlich, dass nach 5 Minuten Abscheidung mehr Vorsprünge auf dem harten Substrat (unter a) erschienen sind und die Li-Abscheidung sehr ungleichmäßig ist. Das auf dem flexiblen Substrat abgeschiedene Metall Li ist relativ gleichmäßig und weist keine scharfen Vorsprünge auf.Nach der 1-stündigen Abscheidung erschienen auf dem harten Substrat eine großeAnzahl von scharfen Li-Dendriten mit unterschiedlichen Durchmessern (Fig. C) und die Flexibilität Die Metall-Li-Schicht auf dem Substrat ist sehr gleichmäßig, ohne beobachtete Li-Dendriten (Abb. D) Nach 100 Zyklen wurde das harte Substrat mit Li-Dendriten des Metalls bedeckt, während Li auf dem flexiblen Substrat immer noch relativ war Dies zeigt, dass der Stressfreigabemechanismus des flexiblen Substrats das Wachstum von Li-Dendriten gut hemmen kann.
Hanqing Jiang Li Dendritenwachstums wird angenommen, während Li Ablagerung erzeugte Stress abzubauen, aber der Mangel an Unterstützung für die Theorie bezogenen Daten, so Hanqing Jiang etabliertes Modell von Li Dendritenwachstums analysiert. In wenigen Modellen die Schlüsselfaktoren Samen Li Dendritwachstum zu beeinflussen, eine erste Spannung in dem Li-Abscheidungsprozess hergestellt, vor allem, weil Li in der Oberfläche des nicht-Gleichgewichtszustandes zu Li Kristallgrenzen eingebettet ist, damit in Stress resultierend (ca. 100 MPa). durch die SEI-Film auf der Oberfläche gebildet, gefolgt kann Stress aus Li verhindern durch die Oberfläche des Li-Metall Kriechen freigesetzt werden. die dritte ist eine Ebene Defekt in dem Metall Li, Li Wachstum des Metalldendriten zu fördern.
In dem Modell, das Wachstum Li Dendriten ist, weil die Spannung an den Korngrenzen erzeugte Li hier chemisches Potential von Li verändert, Li Abscheidungsrate höher als die durchschnittliche Dauer hier Li Abscheidungsrate verursacht (wie in Fig. C) zeigen Berechnungen, dass die Wachstumsrate von Li 8.4-9.8nm / s, auf einer harten Substrat wesentlich höhere Wachstumsrate von Li Plattierungsschicht auf einem flexiblen Substrat und Li Dendritwachstum Rate von nur 0,3 nm / s bis Dendriten , die sogar besser als die Wachstumsrate von Li Plattierung noch langsamer, Li Dendriten nicht natürlich vorkommt ist, das flexible Substrat durch Lösen der Spannung ein gutes Wachstum hemmende Li Dendriten zeigen kann.
Um die Leistung des flexiblen Substrats zu verbessern, Hanqing Jiang flexible 3D-Struktur mit einem Kollektor (siehe unten) wurde hergestellt, kann der Stromkollektor 3D-Struktur effektiv die Stromdichte der Elektrodenoberfläche reduzieren, Li, die Dicke der Metallelektrodenoberfläche zu reduzieren, somit besser in der Lage, das Wachstum von Dendriten Li zu hemmen, die Zyklusleistung der Batterie zu verbessern.
Hanqing Jiang Vergleich elektrochemische Leistung 3D flexible Stromabnehmer eine Kupferfolie und der Schaum (wie unten gezeigt), das Diagramm b, c und d, die jeweils in drei Kollektor 1mA / cm 2, 2 mA / cm2 und 3mA bei einer Stromdichte / cm 2 für 1 h und dann Aufladen auf 1V Zykluskennlinien des flexiblen Kollektors entladen 3D in der Zyklusleistung bei einer Stromdichte von 1 mA / cm2 und 200 in dem vorhergehenden Zyklus 3D flexible Kollektor erheblich verbessert wurde das Coulomb-Wirkungsgrad von 98%, während die Schaumfolie und die Kupferfolie 90 in den Frontansichten Coulomb-Wirkungsgrad ist nur etwa 90% und 95%, begann dann sehr instabil zu werden.
3D, HanqingJiang pre Lithium (2mAh / cm 2) aus einer negativen Elektrode, von LiFePO4 (Beschichtungsdichte 1mAh / cm 2) für die Herstellung einer vollen Batteriekathode und der Batterie-Teststromabnehmers 3D flex um Praktikabilität des flexiblen Kollektor zu verifizieren elektrochemischen Eigenschaften (wie unten gezeigt), 100 Zyklen bei 1C Vergrößerung flexible 3D Kapazitätsretentionsrate des Stromabnehmers von 85,6%, während die Verwendung von Kupferfolie als negative Elektrodenstromabnehmer Batteriekapazitätsretentionsrate 55,3% betrug , während die Verwendung von Schaum als eine Kupferfolie negativen Elektrodenstromkollektor der Retentionsrate der Batteriekapazität betrug 34,4%
Hanqing Jiang et al Arbeit, die wir erkennen, Stress Li während der Abscheidung erzeugt wird, ist ein kritischer Faktor für Li Dendriten und Wachstum führt, die Verwendung des flexiblen Substrats als Stromkollektor, der Freigabeprozess Li Metallabscheidung, durch Kollektorfläche Falten Stress erzeugt und unterdrückt wird Li Dendritenwachstums, die Zyklusleistung der Batterie Li-Metalls verbessern, die für die Entwicklung von Metall-Lithium-Batterie sehr wichtig ist. die Batterie muss nun weiter in der Energiedichte und Zyklusleistung Anheben, um die Verfügbarkeit der Batterie zu verbessern.
