Améliorer la batterie au lithium-ion rapport de puissance critique de la matière active positive, une électrode négative, la matière en cours NCM ternaire courant principal à haute nickel et NCA, la matière d'électrode de carbone de silicium négatif capable de faire correspondre répond sensiblement 300Wh / kg, même 350Wh / kg batterie haute énergie spécifique la demande, mais pour améliorer encore l'énergie spécifique des batteries lithium-ion à 400Wh / kg, même 500Wh / kg ou plus, le système actuel ne peut rien faire. du niveau technique actuel, l'anode en lithium métallique semble être une très bonne option, il la capacité spécifique théorique de 3860mAh / g, plateau de tension est -3.04V (vs électrode normale à hydrogène), et présente une excellente conductivité électrique, est adapté comme une électrode négative d'une batterie au lithium-ion, il n'a pas été pas été tenté, dans un ion lithium avant la naissance d'une batterie, la batterie sur le marché chimique mondial a déclenché une vague de batterie secondaire au lithium métallique, mais finalement cette tentative soldée par un échec, la raison est que Li dendrites de l'anode de lithium métallique produite au cours du cycle peut conduire à lithium Court-circuit de la batterie ionique, entraînant de graves problèmes de sécurité.
Afin de résoudre le problème de dendrites de lithium gens ont fait beaucoup de travail, en termes de l'électrolyte, le film SEI artificiel, ainsi que la génération et le mécanisme de croissance de Li dendrites ont fait beaucoup de résultats de recherche, qui est aussi dans notre précédent article un grand nombre de rapports. récemment Zhengyuan Tu et al Cornell University par une électrode négative de métal alcalin (Li, Na, etc.) déposée sur la couche de Sn de surface est faite d'anode en métal élémentaire ayant une structure composite, la structure peut être telle que l'électrode Li + La diffusion rapide de la surface, qui inhibait efficacement la croissance des Li dendrites, a grandement amélioré la durée de vie des batteries utilisant des anodes métalliques.
Préparation des électrodes composites Zhengyuan Tu en oeuvre est très simple, par l'addition de certains sels métalliques de Sn, dans la solution électrolytique à base de carbonate classique, à la surface d'électrode négative de la température ambiante du métal Li par la réaction d'échange d'ions peut être réalisé le dépôt élément métallique de cible (ci-dessus), se référant à la raison pour laquelle l'utilisation de Sn comme un élément cible, Zhengyuan Tu représente a été choisi comme cible métallique Sn principalement parce que la vitesse de diffusion de Sn Li dans une très rapide et Li dans Sn le processus d'insertion et d'extraction inférieur à 500 mV, la différence de potentiel électrique Li faciliter la diffusion rapide à travers la couche dans l'électrode négative métal Sn Li ».
Zhengyuan Tu alternatif impédance de courant de l'outil de l'électrode négative déposée Sn Li ont été analysés (les résultats sont présentés dans c la figure), c de la figure on voit l'impédance de l'interface électrode négative Li entre le dépôt Sn il y a une nette diminution générale Li l'impédance de l'interface entre l'électrode négative de l'ordre de 80 W / cm2, après dépôt 2um Sn impédance interfaciale chute à environ 25 W / cm2, goutte à plus de trois fois. de plus, nous avons également constaté que la surface arrière de la couche Li déposée de Sn, et non l'EIE atlas de demi-cercle supplémentaire, ce qui signifie que la surface de l'électrode négative Li et Sn déposé aucune résistance interfaciale supplémentaire. Li métal surface d'électrode négative n'a pas augmenté le dépôt de Sn à partir des données, l'impédance Li + EIS à l'interface de l'électrode, mais parce que la couche de Sn la promotion de la présence de Li + diffusion à l'interface, principalement parce que le métal Li est un métal très réactif, même si stocké sous argon dans sa surface sera couche d'oxyde à croissance lente est une couche d'inerte, entraver Li + dans l'échange de charge à l'interface, tandis que la surface de la couche Li est déposée Sn bonne inhibition de l'oxydation de la surface de l'électrode négative au lithium, ce qui réduit l'impédance à l'interface diffusion Li + out.
La figure d est la relation entre la conductivité ionique et la température de l'électrolyte avec une épaisseur différente de la couche de Sn en contact avec une électrode négative Li, Li peut voir que l'anode la plus haute conductivité de 500 nm d'épaisseur couche de Sn sur la figure, et la conductivité électrique lorsque la température augmente a également montré une augmentation significative.
La figure suivante montre l'électrode négative de métal de Li métallique de placage de Sn et l'électrode négative du courant d'échange Li voltammogrammes cycliques générale est calculée en utilisant la découverte de l'interface d'électrode de l'équation de Tafel, l'échange Sn-Li électrode composite courant atteint 7.5mA / cm2, nettement plus élevée Dans les électrodes Li métalliques ordinaires, ceci est cohérent avec nos résultats précédents obtenus avec le test EIS La présence de la couche Sn réduit la résistance de l'interface de l'électrode et accélère la diffusion de Li + à l'interface de l'électrode.
La figure suivante montre le dépôt Li d'électrode négative Li-Sn et d'électrode commune Li négative à une densité de courant de 4 mA / cm2 Dans la même figure, on peut utiliser l'électrode négative Li-Sn (moitié supérieure de la figure ci-dessous). Il est très lisse, sans formation de dendrites de Li. En revanche, la surface des électrodes négatives au lithium devient très rugueuse pendant le dépôt de Li, et les dendrites Li commencent à apparaître pendant le dépôt continu Les électrodes composites Li-Sn sont inhibées Le rôle de la croissance des dendrites de lithium peut également être vérifié par les résultats du test de la cellule bouton Zhengyuan Tu a fait deux feuilles Li identiques dans une cellule bouton et a répété la charge et la décharge pour vérifier les caractéristiques de croissance des deux types d'électrodes négatives. électrode figure c est un Li-Sn, d est le courant électrode Li figure, une densité de courant de 3 mA / cm 2, la charge et la capacité de décharge de 3mAh / cm2), on peut voir à partir de Li ordinaire de la figure dans l'électrode négative après le cycle de 50h parce que la dendrite de lithium Le perçage du diaphragme a provoqué un court-circuit dans la batterie pour provoquer une chute soudaine de la tension de la batterie, tandis que la batterie Li-Sn a été cyclée de manière stable pendant plus de 500 heures sans que Li dendrite ne perce le diaphragme.
Zhengyuan Tu de la cellule entière avec préparé en utilisant le dessus de l'électrode Li-Sn et de l'électrode NCA, la cellule entière a également montré une des propriétés de cyclisme très excellents Après 300 cycles, le taux de rétention de la capacité de plus de 80%, tandis que le métal Li ordinaire cellule d'électrode négative parce que des dizaines de cycles après l'échec de court-circuit de l'ajout de l'étude a également montré que la ZhengyuanTu Sn déposé sur la surface de l'électrode négative peut être Na jouer un bon rôle dans la suppression de la croissance des dendrites, améliorer la durée de vie du cycle de manière significative Na électrode négative de la batterie.
L'élément Sn a la capacité de diffusion Li rapide, mais parce que l'expansion du volume pendant la charge et la décharge est trop importante, Zhengyuan Tu a une autre façon de déposer Sn sur la surface de Li ou Na électrode négative, non seulement en utilisant Sn rapide Li. La capacité de diffusion inhibe la croissance des dendrites Li. En même temps, Sn étant en contact direct avec le métal Li, il est toujours riche en Li sans expansion volémique violente, stabilisant ainsi l'interface Sn-électrolyte et réduisant le SEI. La destruction et la reconstitution de la membrane ont grandement amélioré la stabilité du cycle des électrodes Li, Na négatives pour les métaux alcalins, ce qui a ouvert une nouvelle voie pour l'application des batteries Li métalliques.
