學(xué)者提出抑制鋰枝晶生長新辦法，提高鋰電池壽命和安全性
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-01 11:48
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隨著便攜式電子設(shè)備及電動汽車的快速發(fā)展，人們除了追求鋰電池的大容量和充放電速度外，更關(guān)心的是鋰電池的安全性。屢屢發(fā)生的鋰電池爆炸事件難免讓人神經(jīng)緊繃。
從科學(xué)層面而言，鋰電池爆炸的原因通常是電極表面鋰沉積不均勻?qū)е?ldquo;枝晶”（dendrites）生長，使得電池的充放電效率降低，甚至電池內(nèi)部出現(xiàn)短路，從而引發(fā)電池故障或安全隱患?？茖W(xué)家們都在試圖找到解決方案。日前，中國學(xué)者提出采用一種微球（microspheres）結(jié)構(gòu)捕獲鋰，來限制鋰沉積和抑制枝晶生長（dendrite growth）。
由于枝晶生長受到抑制，所以在經(jīng)過200多次充放電后，電極仍能保持99%的高電鍍/剝離效率，這不僅有助于延長鋰電池的壽命，也可有效提高安全性。
上述研究來自中科院化學(xué)研究所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)重點實驗室的研究員郭玉國的研究團隊。該研究已于日前在美國化學(xué)學(xué)會期刊的《納米快報》（
郭玉國團隊提出的具體方法是，通過微球結(jié)構(gòu)（microsphere）來俘獲鋰，以限制其沉積并抑制枝晶生長。其所制備的微球為碳納米管和多孔二氧化硅保護層的復(fù)合材料，實驗證明，這種結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料對于控制鋰沉積行為是十分有效的。另外，絕緣涂層還可防止電子集中流動并減少形成“熱點”的可能性。
據(jù)了解，郭少軍課題組通過借鑒自然界中蟻穴結(jié)構(gòu)能夠快速交換空氣的特點，設(shè)計出了一種有特殊官能團修飾的二氧化硅為骨架的離子凝膠電解質(zhì)。這種仿生離子凝膠電解質(zhì)具有快速傳輸鋰離子的能力，而且能夠在金屬鋰負(fù)極表面自發(fā)地形成顆粒富集層，從而有效地抑制鋰枝晶的生長。該成果為利用仿生概念設(shè)計高性能的金屬鋰電池提供了一種新思路。
郭玉國團隊認(rèn)為，此研究為鋰金屬電極的設(shè)計提供了新的思路，可加快鋰電池的實際應(yīng)用。
此前，在解決鋰電池這一安全問題時，業(yè)內(nèi)多采用的是電解液添加劑、穩(wěn)定的界面以及修飾電極等多種方式。有實驗證明，采用架構(gòu)調(diào)整鋰枝晶積聚是最高效的方式。
1、干電池
干電池也成為伏打電池，伏打電池就是說由多組圓型板子成對出現(xiàn)并按照一定順序堆積而成，圓板上有兩種不同的金屬板，階層之間有一層布，起到導(dǎo)電作用，干電池就是根據(jù)這種原理制作而成，干電池內(nèi)部有一種糊狀的物質(zhì)，有些是明膠。因此它的電解液是糊狀的，并且這種電池一次性電池，放完電后不能再充電，鋅錳干電池的電動勢為1.5V，如果給手機充電的話至少需要多節(jié)干電池。
我們經(jīng)?？吹降氖俏逄柡推咛栯姵?，一號電池和二號電池用的相對少一點，這種電池主要是在無線鼠標(biāo)、鬧鐘、電動玩具、計算機、收音機方面應(yīng)用比較多，我們對南孚電池再熟悉不過，這是福建一家著名電池企業(yè)。
2、鋰電池
而鋰電池內(nèi)部的溶液是非水電解質(zhì)溶液，負(fù)極材料是由鋰金屬或鋰合金，因此與干電池區(qū)別是電池內(nèi)部反應(yīng)物質(zhì)不同，同時充電特性不同，鋰電池可以循環(huán)充電。鋰電池一般有鋰金屬電池以及鋰離子電池兩種，這種電池在手機、電動車、家用小電器上、手機、筆記本、電動剃須刀等大量應(yīng)用，比干電池應(yīng)用更廣泛。
鋰電池與干電池對比特點：
1、干電池屬于一次性電池，鋰電池屬于可充電電池，可多次循環(huán)充電，且無記憶，不需根據(jù)電量多少，隨充隨用；
2、干電池污染厲害，以前很多電池都含汞、鉛等重金屬，對環(huán)境污染嚴(yán)重，因為屬于一次性電池，很快用完就丟掉，但是鋰電池不含有害金屬；
3、鋰電池還有快速充電功能，循環(huán)壽命也很高，這是干電池?zé)o法企及的，并且現(xiàn)在很多鋰電池內(nèi)部都會有保護電路。
