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小木蟲論壇-學術科研互動平臺 » 化學化工區(qū) » 電化學 » 化學電源 » 金屬鋰電池的問題在哪里?
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[交流]
金屬鋰電池的問題在哪里? 已有11人參與
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好幾年沒來小木蟲了, 今天回來提個老問題（如題）。普遍回答是金屬鋰的短循環(huán)壽命和鋰枝晶短路。那么是什么原因導致這兩個問題呢？下面簡單談下個人看法: 金屬電化學沉積有兩種模式 [1]：(1) 根部沉積 (root-growth mode) , (2) 表面沉積 (surface-growth mode)。金屬鋰電化學沉積以前者為主，即金屬鋰在底部的本體鋰或集電極表面沉積，生成的鋰不斷往上頂（見視頻 [2、 3], 請慢速放, 仔細看）, 有點像火山爆發(fā)巖漿不斷往上冒那種情形。這樣積沉的鋰結構疏松, 比表面積大、極易和電解質反應以致低循環(huán)效率、形成死鋰、以及體積澎脹。而且生成的鋰因顆粒細小極易透過隔膜的空隙到達正極(即所謂的鋰枝晶短路）, 也就是說金屬鋰枝晶不是"刺穿"隔膜、而是"透過"隔膜空隙和正極短路的。本人認為消除根部沉積是解決鋰電池問題的關鍵。迄今，除了增加壓力外還找不到其它更有效的方法來避免金屬鋰的根部沉積 [1]。絕大多數以前報道的方法只改善鋰的成核(nucleation)過程、并未解決鋰成長(growth)的根部沉積問題, 包括我自己的兩篇文章 [4、5]。 來個話外題, 為什么鎳鎘和鉛酸電池可以成功? 這是因為在這兩種電池中鎘和鉛負極都是表面沉積為主, 這樣生成的金屬結構致密、表面平整、和電解質副反應小： 鎳鎘電池負極： Cd + 2OH- ==> Cd(OH)2 + 2e- 鉛酸蓄電池負極: Pb + HSO4- ==> PbSO4 + H+ + 2e- 在上面兩個半反應中Cd(OH)2 和 PbSO4 都不溶于電解質, Cd2+ 和 Pb2+ 離子不能擴散到電極根部，金屬只能在其表面沉積（像單晶生長，金屬顆粒從表面不斷長大）。而金屬鋰電池不一樣，Li+ 離子溶在電解質中，輕易擴散到電極根部，發(fā)生根部沉積。如果金屬鋰能做到表面沉積，離成功就不遠了。 歡迎討論。 張博士 References [1] S. S. Zhang, ACS Appl. Energy Mater., 2018, 1, 910-920. [2] P. Bai, et al., Energy Environ. Sci., 2016, 9, 3221-3229. 視頻-1. [3] S.J. Tan, et al., Ang. Chem. Intern. Ed., 2019, 131, 7884-7889. 視頻-2 [4] S. S. Zhang, et al., Sustainable Energy Fuels, 2018, 2, 163-168. [5] S. S. Zhang, et al., Electrochim. Acta, 2017, 258, 1201-1207. |
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您好，我看張老師第二篇引用文獻，測試的是在沒有壓力的情況下，但實際的扣電，或者軟包都是有壓力下測試的。那么這樣沒有壓力下的測試，能說明實際的情況嘛，我一直覺得有很大偏差 舉報 | 編輯 發(fā)自小木蟲Android客戶端 |
21樓2019-06-01 17:04:11
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If you cannot open 視頻-2, please use the link: https://onlinelibrary.wiley.com/ ... p-0001-Movie_S1.mp4 Dr. Zhang |
2樓2019-05-31 23:22:05
chenzhishan
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張老師，你好。好久不見甚是想念。好久沒見你來小木蟲了，一直關注著您和您的大作。也拜讀您關于鋰硫的一些大作，受益匪淺，還望能夠得到張老師的指點迷津。 發(fā)自小木蟲Android客戶端 |
3樓2019-05-31 23:28:25
forestcubic
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您真的是張博士本人？鋰金屬沉積反應和SEI形成反應相互競爭。要使surface mode生長占優(yōu)勢，我感覺SEI的性質調控是關鍵，需要利用SEI來引導均勻沉積（薄/均勻/鋰離子導率高的SEI？）Cd和Pb的情況有些區(qū)別？因為它們的沉積不存在SEI形成這個競爭反應。若您真是張博士，過去您做的LiNO3去形成LiNxOy是個效果很好的例子啊 發(fā)自小木蟲IOS客戶端 |
4樓2019-05-31 23:36:09
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