تعزيز بطارية ليثيوم أيون أن نسبة القوة الحاسمة من المواد الإيجابية النشطة، وهو القطب السالب، وتعميم عالية النيكل ثلاثية NCM وNCA المواد الحالية والكربون والسيليكون السلبية المواد القطب قادرة على مطابقة إلى حد كبير تلبية 300Wh / كغ، حتى 350Wh / عالية كجم طاقة البطارية محددة الطلب، ولكن لزيادة تعزيز طاقة محددة من بطاريات ليثيوم أيون ل400Wh / كغ، حتى 500Wh / كغ أو أكثر، فإن النظام الحالي لا تستطيع أن تفعل أي شيء. من المستوى الفني الحالي، والأنود معدن الليثيوم يبدو أن يكون خيارا جيدا للغاية، قدرة محددة النظرية 3860mAh / ز، هضبة الجهد هو -3.04V (مقابل القطب الهيدروجين قياسي)، ولها الموصلية الكهربائية ممتازة، ومناسبة باعتبارها القطب السالب للبطارية أيونات الليثيوم، لا لم يحاكم عليها، في ليثيوم أيون قبل ولادة بطارية، بطارية في السوق الكيميائية العالمي قد يفجر موجة من معدني بطارية ثانوية الليثيوم، ولكن في نهاية المطاف انتهى هذه المحاولة بالفشل، والسبب هو أن لي التغصنات من الأنود الليثيوم المعدني أنتجت خلال دورة قد يؤدي إلى الليثيوم البطارية قصيرة الأيونية ، مما يؤدي إلى مشاكل السلامة خطيرة.
من أجل حل مشكلة التشعبات الليثيوم فعلت الناس الكثير من العمل، من حيث بالكهرباء، جعلت الاصطناعي SEI الفيلم، فضلا عن آلية توليد ونمو التشعبات لي الكثير من نتائج البحوث، والذي هو أيضا في مقالنا السابق وقدم الكثير من التقارير. مؤخرا تشنغ يوان تو آخرون جامعة آل كورنيل من قبل القطب السالب الفلزات القلوية (لي، نا، وما إلى ذلك) تترسب على طبقة القصدير سطح القطب الموجب المعدنية عنصري وجود هيكل المركبة، يمكن للهيكل أن يكون من النوع الذي القطب لي + سطح الانتشار السريع، الأمر الذي يعيق بشكل فعال نمو التغصنات لي، ويحسن إلى حد كبير من المعادن من القطب السالب من دورة حياة البطارية.
إعداد الأقطاب الكهربائية المركبة المستخدمة تشنغ يوان تو بسيط جدا، من خلال إضافة بعض الأملاح المعدنية من القصدير، في حل الكهربائي التقليدي القائم على كربونات، عند درجة حرارة الغرفة لى سطح معدني القطب السالب من رد فعل التبادل الأيوني يمكن أن يتحقق ترسب عنصر معدني الهدف (كما هو موضح أعلاه) ، عندما نتحدث عن السبب في استخدام Sn كعنصر مستهدف ، قال Zhengyuan Tu ، "السبب في اختيار Sn كمعدن مستهدف هو بشكل أساسي لأن Li ينتشر بسرعة كبيرة في Sn و Li في Sn. الفرق المحتمل بين عملية التضمين وعملية التضمين هو أقل من 500mV ، مما يفضي إلى الانتشار السريع لـ Li إلى أنود معدن Li خلال طبقة Sn.
تشنغ يوان تو بالتناوب مقاومة الحالية لأداة تم تحليل القطب السالب القصدير لي المودعة (تظهر النتائج في FIG ج)، (ج) من الرقم يمكن أن نرى لي السلبية مقاومة اجهة الكهربائي بين القصدير المودعة هناك تراجع واضح في بطارية ليثيوم العام واجهة مقاومة بين القطب السالب حوالي 80W / CM2، بعد ترسب 2um القصدير مقاومة بينية تنخفض إلى حوالي 25W / CM2، وانخفاض بأكثر من ثلاث مرات. بالإضافة إلى ذلك، لاحظنا أيضا أن السطح الخلفي للطبقة لي المودعة من القصدير، وليس EIS أطلس نصف دائرة إضافية، وهو ما يعني أن سطح القطب السالب لي والقصدير إيداع أية مقاومة بينية إضافية، ولم لى سطح معدني القطب السالب لا يزيد من ترسب القصدير من البيانات، لي + EIS مقاومة في واجهة القطب، ولكن لأن طبقة القصدير إن وجود Li + يشجع على انتشار Li + في الواجهة ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن المعدن Li معدن نشط للغاية ، وحتى إذا تم تخزينه في الأرجون ، فسوف ينمو سطحه ببطء على طبقة أكسيد خامل ، مما يعوق Li +. إن تبادل الشحنة في الواجهة ، وترسب Sn على سطح طبقة Li يقمع أكسدة سطح الليثيوم السالب ، مما يقلل من مقاومة انتشار Li + على السطح البيني.
FIG د هي العلاقة بين الموصلية أيون ودرجة حرارة بالكهرباء مع سماكة مختلفة من طبقة القصدير في اتصال مع القطب السالب لي، يمكن أن ينظر لى ان الأنود أعلى الموصلية 500nm طبقة القصدير سميكة من هذا الرقم، والتوصيل الكهربائي مع ارتفاع درجة الحرارة أظهر أيضا زيادة كبيرة.
ويبين الشكل التالي القصدير طلاء المعادن لي المعادن القطب السالب والقطب السالب من أن يتم حسابها باستخدام معادلة Tafel القطب اكتشاف واجهة لي voltammograms دوري العام، وتبادل الحالي، وتبادل القصدير ليثيوم الحالي القطب مركب يصل 7.5mA / CM2، أعلى بكثير وكانت المعادن الشائعة إلى القطب لي، التي يتم الحصول عليها في وقت سابق من نتائج الاختبار EIS، فإن وجود طبقة القصدير يقلل من مقاومة واجهة الكهربائي، والإسراع في نشر القطب لي + في واجهة.
ويبين الشكل التالي القطب السالب وليثيوم القصدير ترسب العادية لي المعادن لي الأنود في مناطق ذات كثافة الحالية للصورة 4mA / CM2، يمكننا لى القصدير القطب السالب (على النصف السفلي من FIG). وفي نفس واجهة FIG الكهربائي خلال ترسب لي على نحو سلس جدا، لا جيل التغصنات لي، بالمقارنة مع الليثيوم العادية سطح القطب السالب يصبح عصيب جدا أثناء لي الترسيب، وبدأت عملية تواصل إيداع التشعبات لي. يثيوم القصدير الكهربائي المركب في تثبيط دور نمو الليثيوم التشعبات يمكن التحقق من الجوانب من نتائج الخلية زر الاختبار، ZhengyuanTu ورقتين مماثلة مصنوعة من خلية عملة لى تهمة المتكررة والتفريغ، ولي التحقق من خصائص نمو التغصنات اثنين السلبي القطب (أقل FIG القطب ج هي ليثيوم القصدير، د هو شائع FIG لي الكهربائي، الكثافة الحالية من 3mA / CM2، تهمة والقدرة على التصريف من 3mAh / CM2)، يمكننا أن نرى من FIG لي العاديين في القطب السالب بعد دورة 50H لأن التغصنات الليثيوم يخترق الحاجز، مما تسبب في حدوث ماس كهربائي داخل البطارية بحيث يحدث تراجع الجهد البطارية، في حين أن الاستقرار دورة بطارية ليثيوم القصدير من 500H لا يوجد قوع لي التشعبات يخترق الحاجز.
تشنغ يوان تو للخلية كاملة مع إعدادها باستخدام فوق ليثيوم القصدير القطب والقطب NCA، أظهر الخلية الكاملة أيضا خصائص الدراجات ممتازة جدا بعد 300 دورات معدل الاحتفاظ قدرة أكثر من 80٪، في حين أن العاديين لي المعادن خلية القطب السالب لأن العشرات من الدورات بعد فشل ماس كهربائى من إضافة الدراسة أظهرت أيضا أن ZhengyuanTu القصدير تترسب على سطح القطب السالب يمكن أن يكون نا تلعب دورا جيدا في قمع نمو التغصنات، وتحسين دورة الحياة بشكل ملحوظ نا القطب السالب للبطارية.
عنصر Sn لديه القدرة على نشر Li السريع ، ولكن لأن حجم التوسع أثناء الشحن والتفريغ كبير جداً ، لا يمكن تطبيقه بسبب توسيع الحجم ، و Zhengyuan Tu لديها طريقة أخرى لإيداع Sn على سطح قطب Li أو Na السلبي ، ليس فقط باستخدام Sn السريعة بشكل كامل. إن القدرة على الانتشار تمنع نمو الـ dendrites .في نفس الوقت ، لأن Sn في اتصال مباشر مع معدن Li ، فإنه دائمًا في حالة غنية بالليي بدون توسع حجم عنيف ، وبالتالي تثبيت واجهة Sn-electrolyte وتقليل الـ SEI. وقد أدى تدمير وإعادة تشكيل الغشاء إلى تحسن كبير في استقرار دورة الأقطاب الكهربائية السلبية Li و Na للفلزات القلوية ، والتي فتحت طريقة جديدة لتطبيق بطاريات Li المعدنية.
