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天能电动车电池代理-新突破:固态电解质锂枝晶

跟着锂离子电池能量密度的继续进步,传统的石墨负极资料现已显得无能为力,尽管硅碳资料在容量上远高于石墨资料,可是在嵌满Li的情况下Si的体积胀大可达300%以上,巨大的体积胀大不只会构成Si颗粒本身的粉化和破碎,还会损坏电极中的导电网络,然后构成可逆容量的快速衰降。
金属Li负极的理论容量到达3866mAh/g,并具有优秀的导电性,是一种完美的负极资料的挑选,然而在液态电解液中金属Li在重复充放电的进程中发作Li枝晶,继续成长的Li枝晶会穿透隔阂导致正负极之间发作短路,引起严峻的安全问题。
全固态电解质具有必定的强度,可以按捺Li枝晶的成长,然后为金属Li负极的使用供给了或许。
一般咱们以为选用全固态电解质后可以完美的战胜金属Li枝晶的问题,可是实践上即便是选用全固态电解质咱们依然要面临锂枝晶的应战,特别是关于LLZO这类石榴石结构的全固态电解质而言,Li枝晶十分简单沿着固态电解质中晶粒之间的晶界成长,往往循环几十次电池就会发作短路。
近来,美国马里兰大学的Fudong Han(榜首作者)和ChunshengWang(通讯作者)等人对Li7La3Zr2O12(LLZO)和Li2S–P2S5固态电解质中金属Li枝晶的发作和成长机理进行了深入研讨,结果标明LLZO和Li3PS4两种固态电解质高的电子导电率是导致金属Li枝晶发作和成长的重要原因。
咱们比照两种常见的全固态电解质LLZO和LiPON,两种电解质的密度是附近的,LLZO的剪切模量要比LiPON高两倍,LLZO的资料与金属Li之间的界面阻抗要小于LiPON电解质,更为重要的是LLZO电解质的离子电导率(10-4)要远高于LiPON电解质(10-6),这一切都标明LLZO可以更好的按捺Li枝晶的成长,可是实践中LLZO电解质中十分简单成长Li枝晶,而LiPON电解质却可以很好的按捺Li枝晶,这标明还有其他要素导致Li枝晶更简单在LLZO电解质中成长。
比照两种电解质的电子电导率咱们发现,LLZO的电子电导率为10-8到10-7S/cm,要远大于LiPON电解质(10-15到10-12),高的电子电导率或许会使得Li+在电解质中直接与电子结合构成金属Li,导致Li枝晶的发作和成长,因而高的电子电导率或许是引起LLZO等固态电解质中容量成长Li枝晶的原因。
中子衍射技能是研讨H、Li等轻元素的有用办法,咱们之前从前报导过使用中子衍射技能剖析电解液滋润进程和寿数衰降导致的Li散布不均的现象的研讨,在这里FudongHan也使用中子衍射技能对充电进程中Li元素在固态电解质中的散布进行研讨(如上图所电动车电池设备示)。
上图c、d和e为固态电解质厚度方向上Li的浓度,其间0方位标明Li的堆积面,深度方向为向电解质内部的深度。
从图中可以看到在LiPON电解质中中子衍射技能可以看到的厚度为3.4um,LLZO可以看到的厚度为16um,Li3PS4可以看到的厚度为20um。

作者: 本网记者 储能产品案例
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