リチウムイオン電池材料やデザインの開発の20年は、初期80Wh / kgでのエネルギーよりも、大きな進歩を持った後、上昇今260Wh / kg以上、とに改善を続けています。ハイニッケル三元材料/シリコン炭素材料は、アノード材料と2020 300Wh / kgの比エネルギーが高いに実装バインダー、導電剤、電解液の成熟を支持、高比エネルギーバッテリの現在の開発の主な方向でありますシリコンカーバイド材料は、一時的な高比エネルギーバッテリーの設計要件を満たすためにが。多くの困難もなく、実質的にターゲットが、高比エネルギーバッテリーシリコン炭素材料の新世代の400Wh / kgを次の世代のために何もできません。
技術の現状に鑑み、リチウムS、LI-、及び全固体Li金属空気電池は、高エネルギー密度電池の実施形態の最も可能性の高い次の世代であるから、例外なく、これらの電池は、金属リチウム、金属リチウムの負電極に印加されます3800mAh / gの理論負極容量とは、優れた電子伝導性を有する非常に望ましいアノード材料であるが、二次電池に使用される場合Li金属アノードは深刻な問題に直面している - Li金属棒を結晶金属リチウムのデンドライトが極端な場合にも、深刻なセキュリティ上の問題につながる、内部短絡を引き起こす可能性があり、李の損失を引き起こすだけでなく、表示されます。したがって、学者の大半は開発に多くの努力を入れているリチウムデンドライトの成長を抑制することができます技術は、例えば、我々が報告した「清華大学：！リチウム誘発デンドライト成長方位、金属リチウムアノードの解決のセキュリティ問題を」李デンドライトの成長方向を誘導することによって、報告Peichaoゾウ清華大学などの記事では、リチウムを避けるために、樹状突起ピアス膜、内部短絡を回避する目的を達成するようになっている。加えて、我々はまだされている「リチウム金属アノードの機会と課題、」Li金属デンドライトの電流抑制に関する記事包括的な見直しの成長を意味し、あなたがオリジナルを表示するには、リンクをクリックすることができます。
デンドライトは、冶金業界では比較的一般的な現象は、例えば、研究比較的高温の周囲温度、イオン液体電解質は、樹状もAlであり、特に近年では、生産の樹状突起の電解銅と亜鉛で問題になることがあります問題に悩まさ。デンドライトが不均一な電流分布が得られる、という点で局所分極の根を生じ、リチウムデンドライト二次電池内部で発生されるのと同じ理由で、このようにリチウムデンドライトキーの成長を阻害することは、ローカル分極を減少させる方法でありますリチウム分岐に示すように、例えば、レポートが大幅にリチウムデンドライト、そのメカニズムの増殖を阻害することができる、等のCs +およびRb +、などの電解質中のアルカリ金属元素のLi +よりもわずかに低い酸化還元電位少量のリアリティを持っています電流密度が増加し、Csを+およびRb +を集め、両方の金属イオンの還元電位が比較的低く、したがって、堆積を生じないので、陽イオンのLiデンドライト面の蓄積は、Liが+う閉じ生成ローカル結晶これにより、Li樹状突起の成長が抑制される。
最近、アリゾナ州立大学、深セン大学と湖南大学Hanqing江沢民らは、機械的ストレスは、金属リチウムの樹枝状結晶の成長に重要な影響を与えていることが判明し、李は、Li金属を蒸着中に発生したフレキシブル基板の方法によって堆積されますストレスの放出はLiデンドライトの成長を効果的に抑制した。
Hanqing江は、図示のようにフレキシブル基板を設計し、主にリチウムからなるフレキシブル基板（ポリジメチルシロキサンPDMS）の薄い銅箔層から構成され、上記基板上に堆積され、発生する応力は、銅を引き起こす可能性がリジッド基板と、応力を解放することができないのに対し、リチウムデンドライトの生成をもたらす、（図A及びBに示すように）ストレスの解放を達成するように対物箔シワは、（C下図）。
Hanqing江は、以下ボタン電池の充電プロセスの使用を示す、異なる厚さの現象によるリチウム皺が（200、400および800 nm）のフレキシブル基板の上に堆積され、まず、銅箔基板1Dを示す図から見ることができます堆積時間は、Li箔展示を増加させるようにしわ現象は、2Dのしわ、この現象は、リチウム応力が堆積プロセス中に生成された仮説を検証する。我々はまた、金属のプリーツは、フレキシブル基板上に現れる波長と注意します李は付着量が問題ではありませんが、密接に25um、50μmのと100umた200nmで、400nmのと800nmの波長段ボール箔、銅箔の厚さに関係しています。
次の図は、硬質基板とフレキシブル基板であるが硬質基板（下部パネルA）上に堆積された5分後に見ることができるリチウム堆積プロセスを示し、既にリチウム非常に不均一な堆積、複数の突起が登場。フレキシブル基板上に堆積された金属は、Li、比較的均一で、鋭い突起。IHは、堆積後に、硬質基板上に異なる直径鋭いリチウムデンドライトの多くなっている（図C以下）、及びフレキシブル基板上にLi金属層は非常に均一である、リチウムデンドライトが100サイクル後、硬質基板は、金属リチウムデンドライトで覆われており、フレキシブル基板上にLiが比較的残っている。（図D下）は観察されませんでしたレベル。これは、フレキシブル基板の応力緩和のメカニズムはよくリチウムデンドライトの成長を阻害することができることを示しています。
Hanqing江リチウムデンドライトの成長を、Liの堆積中に発生する応力を緩和すると考えられているが、理論的に関連するデータのためのサポートの欠如は、リチウムデンドライトの成長のHanqing江確立されたモデルは、いくつかのモデルでは。分析されているので、シードリチウムデンドライトの成長に影響を与える主要な要因は、第1の応力は、このように応力が生じる、Liはリチウムの結晶粒界に非平衡状態の表面に埋め込まれている主な理由は、リチウム堆積プロセスで製造される（約100 MPaで）。Li金属クリープの表面を通して放出されるリチウムから応力を防止することができる表面上に形成されたSEI膜が続く。第三は、金属リチウムに存在する面欠陥であり、リチウム金属デンドライトの成長を促進します。
ストレスは、Li（図Cに示すように）平均期間ここでのLiの堆積速度より高い堆積速度を生じさせるここでリチウム、リチウムの化学ポテンシャルを変化粒界に発生するのでモデルでは、リチウムデンドライトの成長はあります、計算は、Liの成長速度は、硬質基板8.4-9.8nm / S上のフレキシブル基板のみ0.3nm / sでのリチウムデンドライトの成長速度でリチウムメッキ層のはるかに高い成長率を樹状突起ことを示します、Liはさらに遅いメッキの成長率よりもさらに優れている、リチウムデンドライトは、フレキシブル基板は、ストレスを解放することにより、リチウムデンドライトを阻害する良好な成長を示すことができ、自然に発生しません。
さらに、フレキシブル基板の性能を改善するために、（以下に示す）コレクタを有するHanqing江フレキシブル3D構造を作製し、集電体の三次元構造を効果的に電極表面の電流密度を低減することができ、金属電極表面の厚さを減少させるのLi、したがって、Liデンドライトの成長をより抑制することができ、電池のサイクル性能を向上させることができる。
Hanqing江比較3つのコレクタ1ミリアンペア/ cm 2で、2ミリアンペア/ cm 2であり、3ミリアンペアにそれぞれ電気化学的性能の3Dフレキシブル電流コレクタ、銅箔及びフォーム（以下に示すように）、グラフB、CおよびD、 1Hための電流密度/ cm 2の充電した後、前のサイクル3Dフレキシブルコレクタに1Vサイクル特性3dは有意に1ミリアンペア/ cm 2の電流密度でのサイクル性能が改善された可撓性コレクタの曲線、および200に排出98％のクーロン効率、正面図のクーロン効率の泡箔と銅箔90は、わずか約90％及び95％であるが、その後、非常に不安定になり始めました。
フル電池正極の作製、及び電池試験用のLiFePO 4（コーティング密度1mAh / cm 2）での負極集電体の3Dフレックスの柔軟コレクタ3D、HanqingJiang予めリチウム（2mAh / cm 2）での実用性を検証するために電気化学的特性（以下に示すように）、100サイクル1C倍率、85.6パーセントの集電体の柔軟な3D容量維持率で、銅箔の使用は、負極集電体、電池容量維持率は55.3パーセントでした負極集電体としての発泡銅箔を用いた電池の容量維持率は、34.4％にすぎない。
Hanqing Jiangらの研究は、堆積プロセスにおいてLiが生成する応力が、Liデンドライトの生成および成長につながる重要な要因であることを認識させた。このプロセスで発生する応力は、Liデンドライトの成長を効果的に抑制し、金属Li電池のサイクル特性を改善することができ、リチウム金属電池の開発にとって非常に重要である。バッテリーの使い勝手を向上させるために持ち上げます。
