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锂离子电池锂枝晶的形成和抑制

时间:2021-05-12 预览:158


 

一、锂离子电池锂枝晶形成的原因

1、正负极表面不均衡

造成正负极表面不均衡的因素包括:涂布不均匀,不是正极涂布偏重就是负极涂布偏轻;活性物质掺入杂质;正极或是负极头比较厚等。此外,要是表面粗糙度越大,越会加快锂枝晶的形成。

2、锂离子浓度梯度及分布

锂离子在正极材料中脱出后,会经过电解液和隔膜,然后嵌入到负极中。在充电的过程中,正极锂离子的浓度持续上升,负极锂离子的浓度渐渐降低,在电流密度比较大的稀溶液中,离子浓度可以看成0,说明负极变成局部空间电荷,并且形成枝晶,枝晶结构生长的速度和电解液中离子偏移速率是一样的。

锂离子电池锂枝晶的形成和抑制(图1)

3、过放

在放电的过程中,负极锂离子浓度渐渐在增高,而正极锂离子浓度在逐步减小,在深度放电的时候,因为负极可承受锂离子数量和扩散能力是有限的,因此多余的锂离子就会游离该极表面然后析出。

4、极化

在负极漏铜箔的位置,因为极化小,容易锂合金化,所以锂离子容易析锂。

5、电流密度

降低电流密度,能够在一定的程度上延缓枝晶锂的生长速度。

 

二、抑制锂离子电池锂枝晶的方法

1、采用具有较多极性基团的玻璃纤维固体电解质,当成负极表面的修饰层,从而控制枝晶的生长。

2、由于锂离子电池的老化,动力学条件也会变弱,所以需要对金属锂沉积最大控制电流的降低进行追踪,避免电流太大造成锂枝晶的出现,有效降低了电池内出现短路的现象。

3、固态电解质具备比较高的模量,能够阻碍锂枝晶的生长,锂枝晶难以穿刺电解质导通正负极,大幅度提升了安全性,所以被当做是锂金属电池最佳的一个选择。

4、应用电解液助剂能够控制锂枝晶的生长。在金属锂和电解液进行接触的时候,会在表面形成一层固态电解质界面膜(SEI)。在不变动电解液重要组成的情况下,将电解液助剂氟代碳酸乙烯酯(FEC)引入,能够调节SEI的组成,从而实现锂的均匀沉积。

 


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