Erhöhen Sie die Lithium-Ionen-Batterie, die kritische Leistungsverhältnis des positiven aktiven Materials, eine negative Elektrode, die aktuelle Mainstream-High-Nickel-ternäre NCM und NCA Material, Silizium-Kohlenstoff-Material der negativen Elektrode aus passenden 300Wh / kg, auch 350Wh / kg hohe spezifische Energie-Batterie im Wesentlichen erfüllen fähig Nachfrage, sondern die spezifische Energie von Lithium-Ionen-Batterien zu 400Wh / kg weiter zu verbessern, sogar 500Wh / kg oder mehr beträgt, kann das derzeitige System nichts tun. aus dem aktuellen technischen Niveau, das Lithium-Metall-Anode, die eine sehr gute Wahl zu sein scheint, ist es die theoretische spezifische Kapazität von 3860mAh / g, Spannungsplateau -3.04V (vs Standard-Wasserstoffelektrode) ist, und ein ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, ist als eine negative Elektrode einer Lithiumionen-Batterie geeignet, ist es nicht nicht versucht worden ist, in einem Lithium-Ionen vor der Geburt einer Batterie hat Batterie auf dem globalen Chemiemarkt eine Welle von metallischer Lithium-Sekundärbatterie, aber letztlich dieser Versuch scheiterten aufrechnen, ist der Grund, dass Li Dendriten von metallischem Lithium-Anode während des Zyklus produzierte Lithium führen kann Ionen-Batterie im Inneren Kurzschluss, dass sie schwerwiegende Sicherheitsprobleme.
Um das Problem der Lithiumdendrite Menschen eine Menge Arbeit getan haben, zu lösen, in Bezug auf den Elektrolyten, künstlicher SEI-Film, sowie die Erzeugung und Wachstumsmechanismus von Li Dendriten hat viele Forschungsergebnisse aus, die auch in unserem vorangegangenen Artikel ist viele Berichte. kurzem Zhengyuan Tu et al Cornell University durch ein Alkalimetall der negativen Elektrode (Li, Na, etc.) auf der Oberfläche Sn-Schicht abgeschieden elementaren Metallanode mit einer Verbundstruktur aufweist, kann die Struktur derart sein, dass die Elektrode Li + besteht schnelle Diffusion Oberfläche, wodurch effektiv Li Dendritenwachstums Hemmung, verbessert erheblich das Metall der negativen Elektrode der Batterie-Lebensdauer.
Herstellung von Verbundelektroden eingesetzt Zhengyuan Tu ist sehr einfach, durch die Zugabe von bestimmten Metallsalzen von Sn, in der herkömmlichen Carbonat basierende Elektrolytlösung, bei Umgebungstemperatur Li Metall negative Elektrodenoberfläche durch die Reaktion Ionenaustausch kann Abscheidungs-Zielmetallelement erreicht werden, (Wie oben gezeigt), sagte Zhengyuan Tu: "Der Grund, warum Sn als Zielmetall ausgewählt wurde, liegt hauptsächlich darin, dass Li sehr schnell in Sn und Li in Sn diffundiert. Der Potentialunterschied zwischen dem Einbettungsprozess und dem Einbettungsprozess beträgt weniger als 500 mV, was der schnellen Diffusion von Li in die Li-Metall-Anode durch die Sn-Schicht förderlich ist.
Zhengyuan Tu Wechselstromimpedanz des Werkzeugs der abgeschiedene Sn Li negative Elektrode wurde analysiert (die Ergebnisse sind in der Figur C gezeigt), c aus der Figur wir Li negative Elektroden es Grenzflächenimpedanz zwischen der abgeschiedenen Sn sehen können, ist ein deutlicher Rückgang der allgemeinen Li Grenzflächenimpedanz zwischen der negativen Elektrode von etwa 80 W / cm 2, nach der Abscheidung 2um Sn Grenzflächenimpedanz sinkt auf etwa 25 W / cm2, Tropfen um mehr als das drei~~POS=TRUNC. Darüber hinaus haben wir auch festgestellt, dass die hintere Oberfläche der abgeschiedenen Li Schicht aus Sn, und nicht das EIS Atlas zusätzlicher Halbkreis, was bedeutet, dass die Oberfläche der negativen Elektrode Li und Sn keinen zusätzlichen Grenzflächenwiderstand aufgebracht. Li-Metall negative Elektrodenoberfläche nicht die Abscheidung von Sn aus den Daten, Li + EIS Impedanz an der Elektrodengrenzfläche erhöht hat, sondern weil die Sn-Schicht das Vorhandensein von Li + Diffusion an der Grenzfläche zu fördern, vor allem weil das Li-Metall ein sehr reaktives Metall ist, selbst wenn sie unter Argon in seiner Oberfläche gespeichert wird langsam wachsende Oxidschicht wird eine Schicht aus inerten, behindert Li + Der Ladungsaustausch an der Grenzfläche und die Abscheidung von Sn auf der Oberfläche der Li-Schicht unterdrückt die Oxidation der negativen Lithiumoberfläche, was den Diffusionswiderstand von Li + an der Grenzfläche verringert.
Fig d die Beziehung zwischen der Ionenleitfähigkeit und die Temperatur des Elektrolyten mit einer unterschiedlichen Dicke der Sn-Schicht in Kontakt mit einer negativen Elektrode, Li, Li aus der Figur, und die elektrischen Leitfähigkeit mit zunehmender Temperatur, die die Anode höchsten Leitfähigkeit 500nm dicken Sn-Schicht zu sehen ist Auch zeigte sich ein deutlicher Anstieg.
Die folgende Abbildung zeigt die Sn-Metall Li Metall der negativen Elektrode und die negative Elektrode des Li Cyclovoltammogramme allgemeinen Wechselstrom Plattieren der Tafel-Gleichung Elektrodengrenzfläche Entdeckung berechnet wird, Sn-Li Austauschstromverbundelektrode erreicht 7,5 mA / cm2, signifikant höhere Bei gewöhnlichen Metall-Li-Elektroden stimmt dies mit unseren früheren Ergebnissen überein, die aus dem EIS-Test erhalten wurden.Das Vorhandensein der Sn-Schicht verringert den Elektrodengrenzflächenwiderstand und beschleunigt die Diffusion von Li + an der Elektrodengrenzfläche.
Die folgende Abbildung zeigt eine negative Elektrode und eine Li-Sn gewöhnliche Abscheidung von Li-Metall Li Anode mit einer Stromdichte von Bild 4 mA / cm2, wir können Li-Sn negative Elektrode (auf der unteren Hälfte der Fig.) In der gleichen Figur Elektrodenoberfläche während der Abscheidung von Li Es ist sehr glatt, ohne die Bildung von Li-Dendriten.Im Gegensatz dazu wird die Oberfläche gewöhnlicher Lithium-Negativelektrodenwährend der Li-Abscheidung sehr rau und Li-Dendrite treten während der kontinuierlichenAbscheidung auf. Li-Sn-Verbundelektroden werden inhibiert die Rolle des Wachstums von Lithiumdendriten Aspekte durch die Ergebnisse der Test-Knopfzelle, zwei ZhengyuanTu prüft werden können identische Platten aus Li-Knopfzelle, wiederholter Ladung und Entladung aus, die Li, die Eigenschaften des beide negativen Elektrode Dendritwachstum verifizieren (unteres Fig Elektrode c ist ein Li-Sn, d die gemeinsame Fig Li-Elektrode ist, eine Stromdichte von 3 mA / cm2, Lade- und Entladekapazität von 3mAh / cm2), die wir von Fig gewöhnlicher Li in der negativen Elektrode nach dem 50h-Zyklus, weil die Lithiumdendriten sehen Das Durchbohren der Membran verursachte einen Kurzschluss in der Batterie, was einen plötzlichen Abfall der Batteriespannung verursachte, während die Li-Sn-Batterie für mehr als 500 Stunden stabil zyklisch betrieben wurde, ohne dass Li-Dendrit die Membran durchstoßen musste.
Zhengyuan Tu die vollständigen Zelle mit hergestellt unter Verwendung der oben Li-Sn-Elektrode und NCA-Elektrode, Vollzelle auch eine sehr ausgezeichneten cycling Eigenschaften zeigte nach 300 Zyklen der Kapazitätsretentionsrate von über 80%, während der gewöhnlichen Li Metall negative Elektrodenzelle da Dutzende von Zyklen nach dem Kurzschluss Ausfall der Zugabe der Studie zeigten auch, dass die ZhengyuanTu Sn auf der negativen Elektrodenoberfläche abgeschieden wird, kann sein Na bei der Unterdrückung von Dendritenwachstum eine gute Rolle spielen, die Zykluslebensdauer signifikant Na negative Elektrode der Batterie zu verbessern.
Sn-Element mit der Fähigkeit, Li Diffusion schnell und dergleichen, sondern weil die Ladungs-Entladungs-Prozess Volumenausdehnung zu groß ist, Pulver des resultierenden Teilchen und kann nicht angewandt werden, Zhengyuan Tu ist ein andere Art und Weise abgeschieden metallisches Li oder Na negative Elektrodenoberfläche Sn, nicht nur die volle Nutzung der Sn schnell Li machen Diffusions Fähigkeit, das Wachstum von Dendriten Li, Sn und weil direkten Kontakt mit Li-Metall zu unterdrücken, und somit in dem Zustand der Li-reichen, intensiv Volumenausdehnung nicht auftritt gewesen ist, wodurch die Stabilisierung der Sn- Elektrolyt-Grenzfläche, die Verringerung der SEI Die Zerstörung und Rekonstitution der Membran verbesserte die Zyklenstabilität von negativen Li-Na-Elektroden für Alkalimetalle erheblich, was einen neuen Weg für die Anwendung von Li-Metallbatterien eröffnete.
