Las baterías de litio después de veinte años de desarrollo en los materiales y el diseño tienen un progreso significativo, que la energía de la inicial 80Wh / kg, el aumento ahora 260Wh / kg o más, y siga mejorando en. Alto níquel material de carbono / material de silicio ternario es la dirección principal del desarrollo actual de las baterías de energía muy específicas, con el material del ánodo y el apoyo a un aglutinante, un agente conductor, la solución electrolítica madura, implementado en 2020 300Wh / energía kg específica mayor orientar sustancialmente sin mucha dificultad. Aunque el material de carburo de silicio para satisfacer los requisitos de diseño temporales altas específicos batería de energía, pero para la próxima generación de 400WH / kg de la nueva generación de material específico de alto carbono de silicio batería de energía no puede hacer nada.
Desde el punto de vista del estado actual de la técnica, Li-S, Li-, y todo Li batería de aire de metal en estado sólido es la más probable próxima generación de alta realización específica de la batería de energía, sin excepción, estas baterías se aplicarán al electrodo negativo de Li metálico de metal Li la capacidad del electrodo negativo teórico de 3800mAh / g, y tiene una excelente conductividad electrónica, es un material de ánodo muy deseable, pero ánodo Li de metal se han enfrentado a un problema grave cuando se usa en una batería secundaria - Li palos de metal metal cristal Li dendritas no sólo aparecen causan la pérdida de Li, en casos extremos, también puede causar cortocircuito interno, dando lugar a graves problemas de seguridad. por lo tanto la mayoría de los estudiosos han puesto mucho esfuerzo en el desarrollo puede suprimir el crecimiento de dendritas Li la tecnología, por ejemplo, nos han informado de la "Universidad de Tsinghua: Li-inducida por la orientación crecimiento de dendritas, las cuestiones de seguridad determinación metálicos ánodo de litio" en un artículo sobre la presunta Peichao Zou Universidad de Tsinghua y otros por medio de la inducción de dirección de crecimiento de dendritas Li, para evitar Li dendritas perforar la membrana, a fin de lograr el propósito de evitar cortocircuito interno. Además, estamos todavía "oportunidades de metal de litio del ánodo y desafíos", un artículo en la supresión de corriente de Li dendrita de metal Una revisión exhaustiva de los medios de crecimiento, puede hacer clic en el enlace para ver el texto original.
Dendrite es un fenómeno relativamente común en la industria metalúrgica, por ejemplo, puede ser un problema en dendrita electrolítico Cu y Zn en la producción, especialmente en los últimos años electrolito líquido iónico investigación temperatura ambiente relativamente caliente también es dendríticas Al acosado por problemas. surge dendrita en que la raíz de la polarización local, lo que resulta en la distribución irregular de la corriente, se genera Li dendrita dentro de la batería secundaria es la misma razón, inhibiendo así el crecimiento de dendritas Li clave es cómo reducir la polarización local de , por ejemplo, informes tienen realidad una pequeña cantidad de potencial redox ligeramente más baja que el elemento de metal alcalino Li + en el electrolito, tal como Cs + y Rb +, etc., puede inhibir significativamente el crecimiento de dendritas Li, su mecanismo como se muestra en las ramas Li cristal local generado cuando aumenta la densidad de corriente, Cs + y cerrará Rb + atraídos, pero ya que tanto el potencial de reducción de iones metálicos es relativamente baja, y por lo tanto no se produce la deposición, la acumulación de la superficie dendrita Li catión hará Li + Efecto repelente, inhibiendo así el crecimiento de las dendritas Li.
Recientemente, Hanqing Jiang de la Universidad Estatal de Shenzhen, la Universidad de Shenzhen y la Universidad de Hunan descubrieron que el estrés mecánico tiene una influencia importante en el crecimiento de las dendritas metálicas de Li. El litio se deposita en un sustrato flexible depositando Li en el proceso de deposición. La liberación de estrés efectivamente inhibió el crecimiento de las dendritas de Li.
Hanqing Jiang diseñado sustrato flexible como se muestra, y se compone principalmente de delgada capa de lámina de cobre de un sustrato flexible (polidimetilsiloxano PDMS) compuesto de Li depositada sobre el sustrato por encima de, la tensión generada puede causar cobre Las arrugas de la lámina, para lograr el propósito de aliviar la tensión (como se muestra en las Figuras ayb), y si se usa un sustrato rígido, porque la tensión no se puede liberar, lo que resulta en la formación de dendritas de Li (se muestra en la Figura c).
Hanqing Jiang siguiente muestra el uso del proceso de carga de las pilas de botón, las arrugas Li causadas por el fenómeno de diferente espesor se deposita en (200, 400 y 800 nm) del sustrato flexible, podemos ver en la figura que muestra una primera cobre sustrato de lámina 1D fenómeno de arrugas, como el tiempo de deposición aumenta Li exposiciones de lámina de arrugas 2D, este fenómeno también verificar la hipótesis de Li estrés se genera durante el proceso de deposición. también observamos con pliegues de metal de longitud de onda que aparece en un sustrato flexible Li no importa cantidad de deposición, pero está estrechamente relacionado con el espesor de la lámina de cobre, por 200 nm, 400 nm y longitud de onda 800 nm lámina corrugada eran 25um, 50um y 100um.
La siguiente figura muestra el proceso de deposición de Li sobre el sustrato duro y el sustrato flexible. Se puede ver que después de 5 minutos de deposición, han aparecido más protuberancias en el sustrato duro (debajo de a), y la deposición de Li es muy irregular. El Li de metal depositado sobre el sustrato flexible es relativamente uniforme y no presenta protuberancias agudas. Después de la deposición durante 1 h, un gran número de dendritas de Li afiladas con diferentes diámetros (ver figura c) han aparecido en el sustrato duro, y la flexibilidad La capa de Li de metal sobre el sustrato es muy uniforme, sin dendritas de Li observadas (Fig. D). Después de 100 ciclos, el sustrato duro ya está cubierto con dendritas de Li del metal, mientras que Li sobre el sustrato flexible sigue siendo relativamente Esto muestra que el mecanismo de liberación de estrés del sustrato flexible puede inhibir el crecimiento de la dendrita de Li.
crecimiento de dendritas Hanqing Jiang Li se cree para aliviar el estrés generado durante Li deposición, pero la falta de apoyo para los datos relacionados con la teoría, por lo que se analiza Hanqing Jiang modelo establecido de crecimiento de dendritas Li. En algunos modelo los factores clave que afectan a la semilla Li crecimiento de dendritas, una primera tensión se produce en el proceso de deposición Li, principalmente porque Li está incrustado en la superficie del estado de no equilibrio a los límites de cristal Li, lo que resulta en estrés (aproximadamente 100 MPa). seguido de la película SEI formada en la superficie puede prevenir el estrés de Li para ser liberado a través de la superficie de Li fluencia metal. el tercero es un defecto de avión presente en el metal Li, Li promoverá el crecimiento de la dendrita metal.
En el modelo, el crecimiento de dendritas Li es debido a que la tensión generada en los límites de grano Li cambió aquí potencial químico de Li, Li causando velocidad de deposición mayor que la duración media aquí Li velocidad de deposición (como se muestra en la Fig. C) , los cálculos muestran que la tasa de crecimiento de Li dendritas arriba en a / s, velocidad de disco sustrato 8.4-9.8nm mucho mayor crecimiento de Li capa de recubrimiento sobre un sustrato flexible y la tasa de crecimiento de dendritas Li de tan sólo 0,3 nM / s , que es incluso mejor que la tasa de crecimiento de Li chapado incluso más lento, Li dendrita no se produce naturalmente, el sustrato flexible puede mostrar un buen crecimiento inhibiendo Li dendrita por la liberación de la tensión.
Para mejorar aún más el rendimiento del sustrato flexible, se preparó estructura flexible en 3D Hanqing Jiang que tiene un colector (mostrado a continuación), la estructura de colector 3D actual se puede reducir eficazmente la densidad de corriente de la superficie del electrodo, Li reducir el espesor de la superficie del electrodo de metal, Por lo tanto, el crecimiento de la dendrita Li se puede suprimir mejor y se puede mejorar el rendimiento del ciclo de la batería.
Hanqing Jiang comparación de rendimiento electroquímico 3D colector de corriente flexibles, una hoja de cobre y la espuma (como se muestra a continuación), el gráfico b, c y d, respectivamente, en tres colector 1 mA / cm2, 2 mA / cm2 y 3 mA carga a una densidad / cm2 corriente durante 1 hora y luego se descarga a 1V características del ciclo de curvas de la colectora flexible 3D ha sido mejorada significativamente en el rendimiento de ciclo a una densidad de corriente de 1 mA / cm2, y 200 en el ciclo anterior 3D colectora flexible la eficacia culómbica del 98%, mientras que la lámina de espuma y la lámina de cobre 90 en la parte delantera eficiencia vistas coulomb es de sólo 90% y 95%, y luego comenzó a volverse muy inestable.
Con el fin de verificar la viabilidad de la colectora flexible 3D, HanqingJiang pre litio (2mAh / cm2) de una corriente de flex colector 3D electrodo negativo a de LiFePO4 (densidad de revestimiento 1mAh / cm2) para la preparación de un cátodo de batería llena, y la prueba de la batería propiedades electroquímicas (como se muestra a continuación), a 100 ciclos a 1C magnificación, la tasa de retención de capacidad flexible en 3D del colector de corriente de 85,6%, mientras que el uso de la lámina de cobre tasa de retención de capacidad como electrodo negativo corriente de la batería colector era 55,3% La tasa de retención de capacidad de la batería que utiliza la lámina de cobre espumada como colector de corriente negativa es solo del 34.4%.
Hanqing Jiang et al trabajo que reconocer el estrés Li generado durante la deposición es un factor crítico que conduce a la generación de Li dendrita y el crecimiento, el uso del sustrato flexible como colector de corriente, el proceso de liberación Li deposición de metal, a modo de pliegues colector estrés generado puede ser bien suprimió el crecimiento de dendritas Li, mejorar el rendimiento de ciclo de la batería Li metal, que es muy importante para el desarrollo de la batería de litio metal. la batería necesita ahora adicional de la densidad de energía y el rendimiento del ciclo Aumente para mejorar la usabilidad de la batería.
