Reduzierte Metall Lithium-Anode für Hochenergie-Batterien

- Mar 17, 2017-

Lithium-Ionen-Lithium-Ionen-Batterien haben eine profunde Auswirkung auf das tägliche Leben hatte, eine kommerzielle Nutzung der Kohlenstoff negative Lithium-Ionen-Batterie ist nun grundsätzlich in der Nähe seiner theoretischen Kapazität, es ist schwierig, die tragbare elektronische Geräte, Elektrofahrzeuge und groß angelegte Energiespeicher, etc. mehr und mehr hoch Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Lithiummetall hat die größte theoretische Energiedichte (3860mAhg? 1 oder 2061mAhcm? 3) und das niedrigste elektrochemische Potential (bezogen auf die standard-Wasserstoff-Elektrode des 3.04V) in das Material, das als die negative Elektrode der Lithium-Batterie verwendet werden kann, und ist die nächste Generation der hochenergetische Lithium Batterien wie Li-S und Li-Luft Batterie Anodenmaterial der besten Wahl. Aber die Metall Lithium-Anode in der praktischen Anwendung von Dendriten, produzieren einfach zu lösen das Problem der Sicherheit und Stabilität der aktuellen Lithium-Metall-Anode Forschungsschwerpunkt.

Vor kurzem veröffentlichte Prof. Cui Yi des Department of Materials Science und Engineering an der Stanford University einen Beitrag mit dem Titel Andquot; Wiederbelebung der Lithium-Metall-Anode für hochenergetische Batteriesandquot; Natur Nano-Technologie die zuerst fasst den Stand der Erkenntnisse der negativen Elektrode aus Lithiummetall, die jüngste in Material Design und fortschrittliche Charakterisierungsmethoden Fortschritte und Bereitstellen einer Referenz für zukünftige Forschungsrichtungen der metallischen Lithium negativen Elektroden.

Professor Cui Yi: die Wiederbelebung von der metallischen Lithium-Anode für Hochenergie-Batterien

Übersicht der Übersicht

1. Metall Lithium negativ Herausforderungen

Es muss vor der praktischen Verwendung von Lithium-Metall-Anode zu überwinden, seine Sicherheit und Stabilität und andere Aspekte der Herausforderungen-Zyklus. Während der Lade-Entlade-Zyklus wird Lithium ungleichmäßig Form Dendriten und Ursache Kurzschluss der Batterie hinterlegt. Zur gleichen Zeit führt die geringe Effizienz der Kurun und die zunehmende Lithium-Over-Potenzial der Lithium zu einem drastischen Rückgang der Kapazität. Um diese Probleme zu lösen, gibt es eine Notwendigkeit für ein vertieftes Verständnis der Grenzflächen Chemie, das Verhalten der Lithium-Einlagen und die Verbindungen zwischen ihnen.

1.1 Lithium Oberfläche festen Elektrolyt Schnittstelle Bildung

Festen Elektrolyt-Schnittstelle (SEI) steht im Mittelpunkt der Batterieforschung. Da Li + / Li hat eine hohe Negative elektrochemische potential, jeder Elektrolyt auf der Lithium-Oberfläche reduziert werden kann, durch die Passivierung von SEI kann dieses Problem lösen. Jedoch sollte Metall Lithium-Anode auf die SEI-Anforderungen sind hoch, Lithium auf der SEI eine hohe Lithium-Ionen-Leitfähigkeit und gute elektronische Sperrung Fähigkeit, Zusammensetzung, Morphologie und ionische Leitfähigkeit einheitlich sein. Wie der Zyklus der intermittierenden Schnittstelle relativ groß ist, aber auch SEI erfordert hat gute Flexibilität und auch Flexibilität.

Alkyl Lithiumcarbonat und Äther sind zwei wichtige Elektrolyte für Lithium negative Elektroden geeignet. Verbesserung der Lithium-Anode in Carbonat Elektrolyte, die ersetzen der traditionellen Carbon negative Elektrode und die Kapazität der Batterie erheblich verbessern soll. Die Entwicklung von Lithium-Anode in Äther Elektrolyt auf lange Sicht werden förderlich für die Entwicklung von Li-S und Li-Luft-Batterien. Noch wichtiger ist, den Mechanismus der zwei Elektrolytsystemen SEI ähnelt, und die Entdeckung in einem System auf ein anderes System angewendet werden kann.

1.2 Lithium Dendrit Wachstumstheorie

Wenn das Metall mit hohem Strom, z. B. Cu, Ni und Zn, galvanisiert ist ist das kation allmählich erschöpft, bricht die elektrische Ladung von der Elektrodenoberfläche, eine Raumladung Schicht zu produzieren, was zu ungleichmäßigen Metallabscheidung dendritischen Wachstums Phänomen tritt. Jedoch in die Lithium-Batterie der Bildungsmechanismus von Lithium Dendriten unterscheiden, müssen die Auswirkungen der Schnittstelle Chemie betrachten. Lithium Reduktion Elektrode Elektrode potenzielle ist relativ hoch, wird spontan SEI Schicht auf der Oberfläche bilden. Wenn die Leitfähigkeit des Lithium-Ionen der SEI nicht einheitlich ist, führt es zu ungleichen Keimbildung. Darüber hinaus werden die Volumenänderungen im Zyklus SEI Risse, wodurch wiederum die ungleichmäßige Ablagerung von Lithium noch verschärfen wird. Lithium dendritischen Wachstums ist ein Self Verbesserung Prozess.

1.3 maximale relative Volumenänderung

All das Elektrodenmaterial erfährt eine Volumenänderung während des Lade- und Entladezyklen Zyklus, und sogar eine kommerzielle Graphitelektrode hat eine 10 % Volumenänderung. Für das Metall Lithium weil es nicht den Hauptteil ist die Volumenänderung größer. Aus praktischer Sicht muss die einseitige kommerzielle Elektrode Flächenleistung 3mAhcm erreichen? 2 für Lithium es werden 14.6μm Volumenänderung. Dieser Wert wird in Zukunft noch größer sein, was bedeutet, dass die Bewegung der Lithium-Schnittstelle zehn Mikrometer während des Zyklus erreichen wird.