談一談鋰枝晶的形成機(jī)理和預(yù)防

枝晶的產(chǎn)生可分為3個(gè)階段

鋰枝晶的初始形核與生長(zhǎng)過(guò)程枝晶的產(chǎn)生可分為3個(gè)階段。

第一階段，電池組裝后，由于金屬鋰的高度活潑性，在接觸到電解質(zhì)中的有機(jī)溶劑等組分時(shí)能發(fā)生瞬時(shí)反應(yīng)，形成SEI膜，即SEI膜的形成早于枝晶的產(chǎn)生。致密的SEI膜可以阻止電解液與金屬鋰發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)，是一種良好的離子導(dǎo)體，但卻是電子絕緣體。Li+可以穿過(guò)這層SEI膜在電極表面沉積，但由于鋰、電解質(zhì)、SEI膜的本身特性和充放電條件影響導(dǎo)致其沉積分布不均勻。

第二階段，形核階段，即不均勻沉淀的持續(xù)累積，導(dǎo)致某些地方凸起，直至頂破原始SEI膜。

最后進(jìn)入生長(zhǎng)階段，刺破原始SEI膜后繼續(xù)在長(zhǎng)度方向上生長(zhǎng)，成為可見(jiàn)的枝晶。同時(shí)，SEI膜也隨著金屬鋰枝晶的生長(zhǎng)而持續(xù)不斷地反應(yīng)增生，但始終包覆在金屬鋰表面。

一般來(lái)說(shuō)，枝晶的數(shù)量主要由形核階段決定，而枝晶的形貌則主要由生長(zhǎng)階段決定。

談一談鋰枝晶的形成機(jī)理和預(yù)防

鋰枝晶的生長(zhǎng)過(guò)程原位電鏡觀察

鋰枝晶是怎樣形成的

根據(jù)Monroe-Newman模型和實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，人們總結(jié)的容易發(fā)生析鋰的原因有：

1過(guò)充電時(shí)，負(fù)極鋰已飽和，多余的鋰已金屬析出

2在負(fù)極漏銅箔的地方，由于極化小，易鋰合金化，易析鋰

3大電流充電，負(fù)極表面鋰來(lái)不及向內(nèi)部擴(kuò)散，在電極表面析出

4電極邊緣，尤其是電極對(duì)齊時(shí)，受邊緣效應(yīng)影響，電流密度大，負(fù)極易析鋰

另外，正負(fù)極冗余度設(shè)計(jì)不足，電池低溫充電、正負(fù)極片間有氣體接觸不好、負(fù)極電解液浸潤(rùn)不好，SEI膜、電解液的種類、溶質(zhì)濃度、正負(fù)極之間有效距離等等等因素都可能會(huì)導(dǎo)致負(fù)極析鋰。

1.正負(fù)極表面不均勻

正負(fù)極表面不均勻的原因有很多，比如：涂布不均勻，正極涂布偏重或者負(fù)極涂布偏輕，活性物質(zhì)混入雜質(zhì)、正極或負(fù)極頭部超厚等等。

正負(fù)極表面的粗糙度影響枝晶鋰的形成表面越粗糙越有利于形成枝晶鋰，枝晶鋰的形成涉及電化學(xué)、晶體學(xué)、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)等四大塊的內(nèi)容，DavidR.Ely的文章中有詳細(xì)的描述。