釋放“應力”或可解決高容量鋰電池安全難題
2018年03月30日 10:42 3278次瀏覽 來源： 科技日報 分類： 鋰
隨著可穿戴設備、電動汽車產業(yè)等的迅速發(fā)展，對電池的“高容量”標準，也在不斷提高。以鋰金屬為負極的鋰電池，有著比傳統(tǒng)鋰離子電池高10倍的容量潛力，但卻存在著潛在的安全隱患。
28日，從湖南大學獲悉，美國亞利桑那州立大學姜漢卿團隊、萊斯大學唐銘團隊，與該校段輝高團隊一項關于“鋰枝晶”問題的研究成果，有望助力解決這類“高能”鋰電池的安全“煩惱”。這一成果，于近日發(fā)表于國際頂級能源期刊《自然·能源》上。
石墨作為傳統(tǒng)鋰離子電池的負極材料，存儲容量為380mAh／g。但，這遠低于鋰金屬的理論比容量3860mAh／g。因此，鋰金屬是高容量電池更為理想的負極材料。不過，早期以鋰金屬為負極的電池，會在充放電過程中產生樹枝狀金屬鋰，即“鋰枝晶”問題。這或可導致電池內部短路甚至爆炸，是潛在安全隱患。
為解決鋰枝晶生長問題，學界提出了各種解決方案。包括，在電解液中添加有機添加劑，或使用固態(tài)電解質等，抑制枝晶產生。近日，該論文研究團隊關于鋰枝晶問題的發(fā)現，有望助力從全新角度來“瓦解”鋰枝晶生成。
姜漢卿介紹，他們發(fā)現，在金屬沉積過程中，壓應力普遍存在。團隊在制備出的軟基襯底上，沉積銅膜作為集流體，將電極組裝成電池在顯微鏡下進行充電。觀察發(fā)現，充電一段時間后，銅膜上會驟然出現一維褶皺結構，通過銅膜失穩(wěn)皺褶，軟性襯底上的應力被大大釋放。從而證實了電極表面的壓應力，確能驅動鋰枝晶生長。同時，他們通過對在銅箔上和軟基集流體沉積鋰金屬，研究沉積鋰形貌，證明了應力釋放能有效防止枝晶生成。
據悉，團隊還研究了更有效利用軟基底能釋放應力的方式。他們以方糖為模板，獲得了三維多孔軟基襯底。經測試發(fā)現，相對商業(yè)化銅箔及三維泡沫銅，其具更佳電化學性能。
責任編輯：李峒峒
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