為何可充電的鋰電池能得到廣泛使用?
來(lái)源：寶鄂實(shí)業(yè)
2021-04-09 19:57
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據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)（Pennsylvania State University）和阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（Argonne National Laboratory）的一組研究人員最近研發(fā)了一種新型鋰金屬電池設(shè)計(jì)，可以克服上述缺點(diǎn)。研究人員發(fā)現(xiàn)，與之前研發(fā)鋰電池相比，新電池在低溫下的表現(xiàn)非常好。
最開始，研究人員在低溫下仔細(xì)檢查了鋰金屬電池，以便更好地了解影響其性能的因素。他們觀察到，氣溫在零下 15 攝氏度時(shí)，電池的 SEI（來(lái)源于傳統(tǒng)電解質(zhì)）會(huì)結(jié)晶度很高且不均勻，從而極大地限制了氟化鋰納米鹽等被動(dòng) SEI 成分的形成，導(dǎo)致表面鈍化不良、鋰腐蝕以及陽(yáng)極上生長(zhǎng)樹突。
在室溫下，添加其它層保護(hù)陽(yáng)極、利用替代性電解質(zhì)或引入鋰主電極可以防止此類影響。但是在低溫下，控制 SEI 納米結(jié)構(gòu)則更具挑戰(zhàn)性，會(huì)導(dǎo)致電池運(yùn)行不穩(wěn)定。因此，研究人員設(shè)計(jì)了一種納米級(jí)被動(dòng) SEI，可以讓鋰金屬陽(yáng)極在低溫下穩(wěn)定運(yùn)行。
研究人員提出，可通過(guò)在銅電流集電器表面組裝 1、3 苯二磺酰氟單分子層來(lái)控制 SEI 納米結(jié)構(gòu)以及鋰電池中的鋰成核。新引入的電化學(xué)活性單分子層（EAM）改變了界面的化學(xué)環(huán)境，促進(jìn)鋰表面形成氟化鋰（LiF）。
通過(guò)改變電池界面的化學(xué)環(huán)境，研究人員新推出的設(shè)計(jì)策略改變了電解質(zhì)分解的途徑和動(dòng)態(tài)情況，進(jìn)而導(dǎo)致鈍化質(zhì)量得到提升、不同 SEI 的產(chǎn)生。更具體地說(shuō)，該單分子層在銅電流集電器上形成了親鋰陰離子。當(dāng)該界面的鋰離子濃度較低時(shí)，可以引導(dǎo)鋰成核和生長(zhǎng)。
在低溫情況下，此種設(shè)計(jì)策略導(dǎo)致多層 SEI 形成，此種多層的 SEI 由富含氟化鋰的內(nèi)相和非晶態(tài)外層組成。此外，此種被動(dòng)多層 SEI 與傳統(tǒng)鋰金屬電池中的非被動(dòng) SEI 有很大的不同，傳統(tǒng)鋰金屬的 SEI 層在低溫時(shí)，結(jié)晶度很高，是以 Li2CO3 為主的結(jié)構(gòu)。
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