Mejorar la batería de iones de litio que la relación de potencia crítica del material positivo activo, un electrodo negativo, la corriente de la corriente principal ternario material de NCM y NCA de alta níquel, material del electrodo negativo de carbono de silicio capaz de igualar sustancialmente satisfacer 300Wh / kg, incluso 350Wh / kg batería de alta energía específica la demanda, pero para mejorar aún más la energía específica de las baterías de iones de litio para 400WH / kg, incluso 500Wh / kg o más, el sistema actual no puede hacer nada. desde el nivel técnico actual, el ánodo de litio metálico parece ser una muy buena opción, la capacidad específica teórica de 3860mAh / g, meseta de tensión es -3.04V (vs electrodo de hidrógeno estándar), y tiene una excelente conductividad eléctrica, es adecuado como un electrodo negativo de una batería de iones de litio, no se no se ha intentado, en un ion de litio antes del nacimiento de una batería, la batería en el mercado química mundial ha desatado una ola de batería secundaria de litio metálico, pero en última instancia, este intento terminó en un fracaso, la razón es que Li dendrita de ánodo de litio metálico producido durante el ciclo puede conducir al litio Cortocircuito de la batería iónica, que conduce a graves problemas de seguridad.
Con el fin de resolver el problema de las dendritas de litio personas han hecho un montón de trabajo, en términos del electrolito, la película SEI artificial, así como el mecanismo de generación y crecimiento de dendritas Li han hecho una gran cantidad de resultados de la investigación, que también está en nuestro artículo anterior una gran cantidad de informes. recientemente Zhengyuan Tu et al Universidad de Cornell por un electrodo negativo de metal alcalino (Li, Na, etc.) depositado sobre la capa de Sn superficie está hecha de ánodo de metal elemental que tiene una estructura de material compuesto, la estructura puede ser tal que el electrodo de Li + La rápida difusión de la superficie, que inhibió eficazmente el crecimiento de dendritas de Li, mejoró considerablemente la vida útil de las baterías que utilizan ánodos de metal.
Preparación de electrodos compuestos Zhengyuan Tu empleado es muy simple, mediante la adición de ciertas sales metálicas de Sn, en la solución electrolítica a base de carbonato convencional, a temperatura ambiente superficie del electrodo negativo Li metal mediante la reacción de intercambio de iones se puede conseguir deposición elemento metálico objetivo (se muestra más arriba), en referencia a por qué el uso de Sn como un elemento de destino, Zhengyuan Tu representa fue elegido como el objetivo de metal Sn principalmente porque la velocidad Li difusión del Sn en una Li muy rápido y en Sn el proceso de inserción y extracción de diferencia de potencial eléctrico inferior a 500 mV, Li facilitar la difusión rápida a través de la capa en el metal Sn Li electrodo negativo'.
Zhengyuan Tu alterna impedancia actual de la herramienta se analizaron el electrodo negativo Sn Li depositado (resultados se muestran en la figura c), c de la figura podemos ver Li negativo impedancia interfaz electrodo entre el Sn depositado existe una clara disminución de Li en general impedancia de interfaz entre el electrodo negativo de alrededor de 80 W / cm2, después de la deposición 2um Sn impedancia interfacial cae a alrededor de 25 W / cm2, gota a más de tres veces. Además, se observó también que la superficie posterior de la capa de Li depositada de Sn, y no el EIS atlas semicírculo adicional, lo que significa que la superficie del electrodo negativo Li y Sn depositado ninguna resistencia interfacial adicional. Li superficie del electrodo negativo de metal no aumentó la deposición de Sn partir de los datos, la impedancia Li + EIS en la interfase electrodo, sino porque la capa de Sn promoviendo la presencia de Li + difusión en la interfase, principalmente porque el metal Li es un metal muy reactivo, incluso si se almacena en atmósfera de argón en su superficie de la capa de óxido será de crecimiento lento es una capa de inerte obstaculizar Li + en el intercambio de carga en la interfaz, mientras que la superficie de la capa de Li se deposita Sn buena inhibición de la oxidación de la superficie del electrodo negativo de litio, reduciendo así la impedancia en la interfaz Li + difusión fuera.
La figura d es la relación entre la conductividad de iones y la temperatura del electrolito con un grosor diferente de la capa de Sn en contacto con un electrodo negativo Li, Li puede verse que el ánodo más alta conductividad de 500 nm de espesor de capa de Sn en la figura, y la conductividad eléctrica con la temperatura creciente también mostró un aumento significativo.
La siguiente figura muestra el chapeado de Sn electrodo negativo de metal Li metal y el electrodo negativo de la corriente de Li voltamogramas cíclicos en general, el intercambio se calcula utilizando el descubrimiento interfaz electrodo ecuación Tafel, electrodo compuesto de corriente de intercambio Sn-Li alcanza 7.5mA / cm2, significativamente mayor En los electrodos de metal común de Li, esto es consistente con nuestros resultados previos obtenidos de la prueba EIS. La presencia de la capa Sn reduce la resistencia de la interfaz del electrodo y acelera la difusión de Li + en la interfaz del electrodo.
La siguiente figura muestra un electrodo negativo y una deposición ordinaria Li-Sn de Li de metal Li ánodo a una densidad de corriente de imagen 4 mA / cm2, podemos electrodo negativo Li-Sn (en la mitad inferior de la figura). En la misma interfaz electrodo de la figura durante la deposición de Li muy suave, no Li generación de dendritas, en comparación con la superficie del electrodo negativo de litio ordinaria se convierte en muy áspera durante Li deposición, y comenzó el proceso continúa depositada dendritas Li. electrodo compuesto Li-Sn en la inhibición el papel del crecimiento de litio dendritas aspectos pueden ser verificadas por los resultados de la pila de botón de prueba, ZhengyuanTu dos hojas idénticas hechas de Li de tipo botón, la carga repetida y descarga, el Li verificar las características de la crecimiento de dendritas dos electrodo negativo (inferior la figura electrodo c es un Li-Sn, d es el electrodo común figura Li, una densidad de corriente de 3 mA / cm2, la carga y la capacidad de descarga de 3mAh / cm2), podemos ver en la figura Li ordinaria en el electrodo negativo después de ciclo de 50h porque la dendrita de litio perfora el septum, causando un cortocircuito dentro de la batería de manera que se produce la caída de tensión de la batería, mientras que la estabilidad ciclo de la batería Li-Sn que 500h, no hay aparición de Li dendritas atravesar el septum.
Zhengyuan Tu de la célula completa con preparados usando lo anterior electrodo de Li-Sn y el electrodo NCA, célula completa también mostraron una muy excelentes propiedades de ciclismo después de 300 ciclos de la tasa de retención de capacidad de más de 80%, mientras que la célula de electrodo negativo ordinario Li metálico a causa de ciclos tras el fracaso de cortocircuito de la adición del estudio docenas también mostraron que la ZhengyuanTu Sn depositado sobre la superficie del electrodo negativo puede ser Na jugar un buen papel en la supresión de crecimiento de dendritas, mejorar el ciclo de vida significativamente Na electrodo negativo de la batería.
elemento Sn tener la capacidad de ayunar difusión Li y similares, pero debido a la expansión de volumen proceso de carga-descarga es demasiado grande, las partículas de polvo resultante y no se puede aplicar, Zhengyuan Tu es otra manera de Sn metálico depositado Li o superficie del electrodo negativo Na, no sólo hacer pleno uso de Sn rápido Li capacidad de difusión para suprimir el crecimiento de la dendrita Li, Sn y porque el contacto directo con Li metal, y por lo tanto ha estado en el estado de la Li-rico, la expansión de volumen intenso no se produce, estabilizando de este modo la interfaz electrolito Sn-, la reducción de la SEI destrucción y la reconstrucción de la membrana, mejoran en gran medida el metal alcalino Li, estabilidad ciclo de Na del electrodo negativo, se ha abierto un nuevo enfoque para la aplicación de metálicos baterías de Li.
