如何發(fā)現(xiàn)電池內(nèi)早期鋰枝晶？
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-09-03 15:57
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為了捕獲樹枝狀結(jié)構(gòu)，將窗口鋰電池安裝在高清視頻顯微鏡上，并將其連接，以便可以監(jiān)測(cè)枝晶生長(zhǎng)和兩個(gè)電極之間的電壓，這些數(shù)據(jù)會(huì)在充電和放電循環(huán)期間發(fā)生變化。將電極的觀察結(jié)果——枝晶生長(zhǎng)或收縮，以及一般的降解狀態(tài)——電壓測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系起來，然后將電壓模式與特定的枝晶活性聯(lián)系起來。
1.氫氣捕捉法檢測(cè)鋰枝晶生長(zhǎng)
搭建了原位光學(xué)觀測(cè)和H2氣體捕獲平臺(tái)，演示了利用H2氣體捕獲檢測(cè)鋰枝晶生長(zhǎng)的原理。密封在玻璃瓶中鋰電池所產(chǎn)生的氣體進(jìn)入氣相色譜儀并自動(dòng)檢測(cè)，用光學(xué)顯微鏡可以同時(shí)記錄枝晶的形成行為。正常情況下鋰離子從正極中脫除，并以LiC6的形式嵌入石墨負(fù)極中。在過充電或快速充電條件下鋰枝晶開始在石墨負(fù)極的鋰飽和部分生長(zhǎng)，并與聚合物粘合劑發(fā)生反應(yīng)生成氫氣。
2.無(wú)聚合物粘結(jié)劑時(shí)，鋰枝晶的原位檢測(cè)
為了排除電解液還原及其他物質(zhì)的干擾，組裝了另外兩個(gè)鋰電池（LiFePO4-Cu和LiFePO4-石墨電池），沒有任何聚合物粘結(jié)劑。對(duì)于LiFePO4-石墨電池，在1080s時(shí)觀察到鋰枝晶生長(zhǎng)，電池電壓約為3.6V。在LiFePO4-Cu電池，鋰離子直接鍍?cè)阢~箔表面形成鋰金屬。然而，由于光學(xué)顯微鏡觀察的局限性，在120s左右觀察到鋰枝晶生長(zhǎng)，電池電壓約為3.6V。
樹突是一種微小、堅(jiān)硬的樹狀結(jié)構(gòu)，會(huì)在鋰電池中生長(zhǎng)，其針狀突起的部分稱為枝晶。兩種東西都會(huì)造成巨大傷害，能夠穿透電池內(nèi)部的隔膜，就像雜草可以穿透水泥露臺(tái)或鋪好的道路一樣。而且，此類物質(zhì)還會(huì)增加電解質(zhì)與鋰之間的不良反應(yīng)，加速電池失效。鋰金屬電池的能量密度比常用的鋰離子電池更高，不過，樹突和枝晶的存在阻礙了鋰金屬電池的普及。
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