แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนหลังจากยี่สิบปีของการพัฒนาในด้านวัสดุและการออกแบบที่มีความคืบหน้าอย่างมีนัยสำคัญกว่าพลังงานจากเริ่มต้น 80Wh / กก. เพิ่มขึ้นในขณะนี้ 260Wh / กก. หรือมากกว่าและต่อเนื่องเพื่อปรับปรุงใน. สูง นิกเกิลวัสดุ / ซิลิคอนคาร์บอน ternary เป็นทิศทางหลักของการพัฒนาในปัจจุบันของแบตเตอรี่เฉพาะพลังงานสูงด้วยวัสดุขั้วบวกและสนับสนุนเครื่องผูกตัวแทนสื่อการแก้ปัญหาไฟฟ้าผู้ใหญ่ดำเนินการในปี 2020 300Wh / เฉพาะพลังงานที่สูงขึ้นกก. กำหนดเป้าหมายอย่างมีนัยสำคัญโดยไม่ยากมาก. แม้ว่าวัสดุซิลิกอนคาร์ไบด์เพื่อตอบสนองความต้องการของการออกแบบชั่วคราวสูงเฉพาะแบตเตอรี่พลังงาน แต่สำหรับรุ่นต่อไปของ 400Wh / กิโลกรัมของคนรุ่นใหม่ของแบตเตอรี่พลังงานวัสดุซิลิกอนคาร์บอนที่เฉพาะเจาะจงสูงไม่สามารถทำอะไร
จากมุมมองของรัฐในปัจจุบันของศิลปะ Li-S Li- และทุกรัฐที่มั่นคง Li แบตเตอรี่อากาศโลหะเป็นส่วนใหญ่มีแนวโน้มรุ่นต่อไปของสูงศูนย์รวมแบตเตอรี่พลังงานที่เฉพาะเจาะจงโดยไม่มีข้อยกเว้นแบตเตอรี่เหล่านี้จะถูกนำไปใช้กับขั้วลบของโลหะ Li โลหะลี่ กำลังการผลิตอิเล็กโทรทฤษฎีเชิงลบของ 3800mAh / g และมีการนำอิเล็กตรอนที่ดีเยี่ยมเป็นวัสดุที่ขั้วบวกที่น่าพอใจมาก แต่ขั้วบวก Li โลหะต้องเผชิญหน้ากับปัญหาที่ร้ายแรงเมื่อใช้ในแบตเตอรี่สำรอง - หลี่แท่งโลหะ คริสตัลโลหะ dendrites ลี่ปรากฏไม่เพียง แต่ก่อให้เกิดการสูญเสียของหลี่ในกรณีที่รุนแรงยังสามารถทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรภายในนำไปสู่ปัญหาความปลอดภัยร้ายแรง. ดังนั้นส่วนใหญ่ของนักวิชาการได้ใส่มากของความพยายามในการพัฒนาสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตประสาทลี่ เทคโนโลยีเช่นเรามีรายงานว่า "มหาวิทยาลัย Tsinghua: Li-เหนี่ยวนำให้เกิดการวางแนวทางการเจริญเติบโตประสาทลิเธียมขั้วบวกปัญหาด้านความปลอดภัยแก้ไขโลหะ" ในบทความเกี่ยวกับการรายงาน Peichao Zou มหาวิทยาลัย Tsinghua และอื่น ๆ โดยใช้วิธีการกระตุ้นให้เกิดทิศทาง Li เจริญเติบโตประสาทเพื่อหลีกเลี่ยงลี่ dendrites เจาะเยื่อหุ้มเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการหลีกเลี่ยงการลัดวงจรภายใน. นอกจากนี้เรายังคงมีโอกาส "ลิเธียมโลหะขั้วบวกและความท้าทาย" บทความเกี่ยวกับการปราบปรามปัจจุบันของหลี่ประสาทโลหะ หมายถึงการเจริญเติบโตของทานที่ครอบคลุมคุณสามารถคลิกที่ลิงค์นี้เพื่อดูต้นฉบับ
Dendrite เป็นปรากฏการณ์ที่ค่อนข้างทั่วไปในอุตสาหกรรมโลหะ, ตัวอย่างเช่นอาจจะมีปัญหาในประสาทด้วยไฟฟ้าทองแดงและสังกะสีในการผลิตโดยเฉพาะอย่างยิ่งในปีที่ผ่านมาอิเล็กโทรไลวิจัยค่อนข้างร้อนอุณหภูมิของเหลวไอออนิกยังเป็น dendritic อัล รุมเร้าด้วยปัญหา. ประสาทที่เกิดขึ้นในการที่รากของโพลาไรซ์ในท้องถิ่นที่มีผลในการจำหน่ายในปัจจุบันไม่สม่ำเสมอ Li ประสาทจะถูกสร้างขึ้นภายในแบตเตอรี่สำรองเป็นเหตุผลเดียวกันดังนั้นการยับยั้งการเจริญเติบโตของหลี่ dendrites ที่สำคัญคือวิธีการลดการโพลาไรซ์ในท้องถิ่น ยกตัวอย่างเช่นรายงานมีความเป็นจริงจำนวนเงินขนาดเล็กที่มีศักยภาพรีดอกซ์ต่ำกว่าธาตุโลหะอัลคา Li + ในอิเล็กโทรไลเช่น Cs + และ Rb + ฯลฯ เล็กน้อยอย่างมีนัยสำคัญสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของ dendrites ลี่กลไกดังแสดงใน Li สาขา คริสตัลท้องถิ่นสร้างขึ้นเมื่อการเพิ่มขึ้นของความหนาแน่นกระแส, Cs + และจะปิด Rb + ดึงดูด แต่เนื่องจากทั้งสองมีศักยภาพลดไอออนโลหะที่ค่อนข้างต่ำและทำให้ไม่เกิดการสะสมสะสมของไอออน Li ผิวประสาทจะ Li + ฤทธิ์ยับยั้งจึงยับยั้งการเจริญเติบโตของหลี่ dendrites
เมื่อเร็ว ๆ นี้มหาวิทยาลัยรัฐแอริโซนามหาวิทยาลัยเซินเจิ้นและมหาวิทยาลัยหูหนานเจียง Hanqing et al, พบว่าความเครียดเชิงกลมีความสำคัญต่อการเจริญเติบโตของ dendrites ของโลหะหลี่หลี่จะฝากโดยวิธีการของพื้นผิวที่มีความยืดหยุ่น Li โลหะสร้างขึ้นในระหว่างการสะสม ปล่อยความเครียดได้อย่างมีประสิทธิภาพยับยั้งการเจริญเติบโตของ Li dendrites
Hanqing เจียงออกแบบพื้นผิวมีความยืดหยุ่นตามที่ปรากฏและเป็นส่วนประกอบของชั้นทองแดงฟอยล์บาง ๆ ของพื้นผิวที่มีความยืดหยุ่น (polydimethylsiloxane PDMS) ประกอบด้วยหลี่วางอยู่บนพื้นผิวด้านบนความเครียดที่เกิดขึ้นอาจทำให้เกิดทองแดง ริ้วรอยฟอยล์วัตถุประสงค์เพื่อให้บรรลุการเปิดตัวของความเครียด (ดังแสดงในมะเดื่อ. A และ B) ในขณะที่ถ้าพื้นผิวแข็งความเครียดไม่สามารถได้รับการปล่อยตัวที่เกิดในยุคของหลี่เดนไดรต์ (แสดงด้านล่างค)
Hanqing เจียงด้านล่างแสดงการใช้กระบวนการของการชาร์จแบตเตอรี่ปุ่ม, ริ้วรอยลี่เกิดจากปรากฏการณ์ของความหนาที่แตกต่างกันจะถูกเก็บไว้ใน (200, 400 และ 800 นาโนเมตร) ของพื้นผิวที่มีความยืดหยุ่นเราสามารถมองเห็นได้จากตัวเลขการแสดงทองแดงแรกฟอยล์พื้นผิว 1D ปรากฏการณ์ริ้วรอย, เวลาการสะสมเพิ่มขึ้นลี่การจัดแสดงนิทรรศการฟอยล์ริ้วรอย 2D, ปรากฏการณ์นี้ยังจะตรวจสอบสมมติฐาน Li ความเครียดจะถูกสร้างขึ้นในระหว่างกระบวนการสะสม. เรายังทราบมีจีบโลหะความยาวคลื่นที่ปรากฏบนพื้นผิวที่มีความยืดหยุ่น หลี่ไม่สำคัญว่าปริมาณการสะสม แต่อย่างใกล้ชิดที่เกี่ยวข้องกับความหนาของกระดาษฟอยล์ทองแดงสำหรับ 200nm, 400nm และ 800nm ความยาวคลื่นฟอยล์กระดาษลูกฟูกเป็น 25um, 50um และ 100um
รูปต่อไปนี้แสดงให้เห็นถึงกระบวนการการสะสมหลี่มีพื้นผิวแข็งและพื้นผิวที่มีความยืดหยุ่นสามารถมองเห็นได้หลังจาก 5 นาทีวางลงบนพื้นผิวแข็ง (แผงที่ต่ำกว่า) แล้วปรากฏว่าการคาดการณ์มากขึ้นหลี่ให้การของพยานที่ไม่สม่ำเสมอมาก วางลงบนพื้นผิวที่มีความยืดหยุ่นโลหะ Li ค่อนข้างสม่ำเสมอไม่มีที่ยื่นออกมาคม. IH หลังจากที่สะสมบนพื้นผิวยากที่ได้รับจำนวนมากของเส้นผ่าศูนย์กลางที่แตกต่างกันที่คมชัดลี่เดนไดรต์ (รูป C ต่ำ) และมีความยืดหยุ่น ชั้นโลหะ Li บนพื้นผิวเป็นเครื่องแบบมาก dendrites หลี่ก็ไม่ได้สังเกต (มะเดื่อภายใต้ง). หลังจากที่ 100 รอบ, พื้นผิวยากที่ได้รับการคุ้มครองด้วยโลหะ Li ประสาทและหลี่บนพื้นผิวที่มีความยืดหยุ่นยังคงค่อนข้าง ระดับ. นี้แสดงให้เห็นว่ากลไกของการผ่อนคลายความเครียดจากพื้นผิวที่มีความยืดหยุ่นดีสามารถยับยั้งการเจริญเติบโตของ dendrites หลี่
การเจริญเติบโตของประสาท Hanqing เจียงหลี่เชื่อว่าจะบรรเทาความเครียดสร้างขึ้นในระหว่างหลี่ทับถม แต่ขาดการสนับสนุนข้อมูลทฤษฎีที่เกี่ยวข้องเพื่อให้ Hanqing เจียงรุ่นที่จัดตั้งขึ้นของการเจริญเติบโตของเดนไดรต์หลี่มีการวิเคราะห์. ในรูปแบบที่ไม่กี่ ปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อการเจริญเติบโตของเมล็ด Li ประสาท, ความเครียดแรกที่ผลิตในกระบวนการทับถมลี่ส่วนใหญ่เป็นเพราะหลี่ถูกฝังอยู่ในพื้นผิวของรัฐที่ไม่สมดุลลี่ขอบเขตคริสตัลจึงทำให้เกิดความเครียด (โดยประมาณ 100 MPa). ตามด้วยภาพยนตร์ SEI เกิดขึ้นบนพื้นผิวที่สามารถป้องกันไม่ให้ความเครียดจากหลี่ที่จะปล่อยผ่านพื้นผิวของหลี่คืบโลหะ. ที่สามเป็นข้อบกพร่องของเครื่องบินอยู่ในโลหะหลี่หลี่จะส่งเสริมการเจริญเติบโตของประสาทโลหะ
ในรูปแบบการเจริญเติบโตประสาทลี่เป็นเพราะความเครียดที่สร้างขึ้นที่ข้าวเขตแดน Li การเปลี่ยนแปลงที่อาจเกิดขึ้นที่นี่ทางเคมีของหลี่หลี่ที่ก่อให้เกิดอัตราการสะสมสูงกว่าระยะเวลาเฉลี่ยที่นี่ Li อัตราการสะสม (ดังแสดงในรูป. C) การคำนวณแสดงให้เห็นว่าอัตราการเติบโตของหลี่ dendrites ขึ้นบนพื้นผิว 8.4-9.8nm / s อัตราการเติบโตที่สูงขึ้นมากอย่างหนักของชั้นชุบลี่บนพื้นผิวมีความยืดหยุ่นและอัตราการเจริญเติบโตประสาท Li เพียง 0.3nm / s ซึ่งเป็นดียิ่งขึ้นกว่าอัตราการเติบโตของหลี่ชุบได้ช้าหลี่ประสาทไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาติที่พื้นผิวมีความยืดหยุ่นสามารถแสดงการเติบโตที่ดียับยั้ง Li ประสาทโดยการปล่อยความเครียด
เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของสารตั้งต้นที่มีความยืดหยุ่นโครงสร้าง 3 มิติที่มีความยืดหยุ่น Hanqing เจียงมีสะสม (แสดงด้านล่าง) ถูกจัดทำโครงสร้างสะสม 3D ในปัจจุบันอย่างมีประสิทธิภาพสามารถลดความหนาแน่นกระแสของพื้นผิวของอิเล็กโทรดหลี่ลดความหนาของพื้นผิวขั้วไฟฟ้าโลหะ ทำให้ดีขึ้นสามารถที่จะยับยั้งการเจริญเติบโตของ dendrites ลี่ในการปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของวงจรของแบตเตอรี่
Hanqing เจียงเปรียบเทียบประสิทธิภาพไฟฟ้า 3D สะสมในปัจจุบันมีความยืดหยุ่น, ฟอยล์ทองแดงและโฟม (ดังแสดงด้านล่าง) ของกราฟ B, C และ D ตามลำดับเป็นสามเก็บ 1mA / cm2, 2mA / cm2 และ 3mA ชาร์จที่ความหนาแน่นกระแส / cm2 สำหรับ 1h แล้วออกไป 1V ลักษณะวงจรเส้นโค้งของสะสมที่มีความยืดหยุ่น 3D ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในการทำงานของวงจรที่มีความหนาแน่นในปัจจุบันของ 1mA / cm2 และ 200 ในรอบก่อนหน้านี้เก็บ 3 มิติที่มีความยืดหยุ่น ประสิทธิภาพ Coulombic จาก 98% ในขณะที่ฟอยล์โฟมและฟอยล์ทองแดง 90 ในมุมมองที่มีประสิทธิภาพ Coulomb ด้านหน้าเป็นเพียงประมาณ 90% และ 95% จากนั้นก็เริ่มที่จะกลายเป็นไม่เสถียร
เพื่อตรวจสอบการปฏิบัติจริงของสะสมที่มีความยืดหยุ่น 3 มิติ HanqingJiang ก่อนลิเธียม (2mAh / cm2) ของขั้วลบปัจจุบันดิ้นเก็บ 3 มิติเพื่อการ LiFePO4 (เคลือบหนาแน่น 1mAh / cm2) เพื่อเตรียมความพร้อมของแคโทดแบตเตอรี่เต็มรูปแบบและทดสอบแบตเตอรี่ คุณสมบัติทางเคมีไฟฟ้า (ดังแสดงด้านล่าง) 100 รอบที่ 1C ขยายอัตราการรักษากำลังการผลิตที่มีความยืดหยุ่น 3 มิติของสะสมในปัจจุบันของ 85.6% ในขณะที่การใช้งานของฟอยล์ทองแดงขั้วไฟฟ้าในปัจจุบันแบตเตอรี่เก็บอัตราการรักษากำลังการผลิตเป็นเชิงลบเป็น 55.3% ขณะที่การใช้โฟมเป็นฟอยล์ทองแดงขั้วลบสะสมปัจจุบันของอัตราการรักษาความจุของแบตเตอรี่เป็น 34.4%
Hanqing เจียงและการทำงานของอัลเรารู้จักความเครียดลี่สร้างขึ้นในระหว่างการทับถมเป็นปัจจัยสำคัญที่นำไปสู่หลี่รุ่นประสาทและการเจริญเติบโตของการใช้สารตั้งต้นที่มีความยืดหยุ่นในขณะที่เก็บในปัจจุบันกระบวนการปล่อย Li การสะสมโลหะโดยวิธีการจีบสะสม ความเครียดที่สร้างขึ้นสามารถถูกยับยั้งการเจริญเติบโตดีประสาท Li, ปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงานของวงจรของแบตเตอรี่ Li โลหะซึ่งเป็นสิ่งสำคัญมากสำหรับการพัฒนาแบตเตอรี่ลิเธียมโลหะ. แบตเตอรี่ขณะนี้ความต้องการต่อไปในความหนาแน่นของพลังงานและประสิทธิภาพการทำงานของวงจร ยกระดับเพื่อปรับปรุงการใช้งานของแบตเตอรี่
