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sszhang-ARL新蟲(chóng) (初入文壇)
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[交流]
金屬鋰電池的問(wèn)題在哪里? 已有11人參與
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好幾年沒(méi)來(lái)小木蟲(chóng)了, 今天回來(lái)提個(gè)老問(wèn)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?qū)е逻@兩個(gè)問(wèn)題呢？下面簡(jiǎn)單談下個(gè)人看法: 金屬電化學(xué)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(xué)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(jiàn)視頻 [2、 3], 請(qǐng)慢速放, 仔細(xì)看）, 有點(diǎn)像火山爆發(fā)巖漿不斷往上冒那種情形。這樣積沉的鋰結(jié)構(gòu)疏松, 比表面積大、極易和電解質(zhì)反應(yīng)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(xì)小極易透過(guò)隔膜的空隙到達(dá)正極(即所謂的鋰枝晶短路）, 也就是說(shuō)金屬鋰枝晶不是"刺穿"隔膜、而是"透過(guò)"隔膜空隙和正極短路的。本人認(rèn)為消除根部沉積是解決鋰電池問(wèn)題的關(guān)鍵。迄今，除了增加壓力外還找不到其它更有效的方法來(lái)避免金屬鋰的根部沉積 [1]。絕大多數(shù)以前報(bào)道的方法只改善鋰的成核(nucleation)過(guò)程、并未解決鋰成長(zhǎng)(growth)的根部沉積問(wèn)題, 包括我自己的兩篇文章 [4、5]。 來(lái)個(gè)話外題, 為什么鎳鎘和鉛酸電池可以成功? 這是因?yàn)樵谶@兩種電池中鎘和鉛負(fù)極都是表面沉積為主, 這樣生成的金屬結(jié)構(gòu)致密、表面平整、和電解質(zhì)副反應(yīng)小： 鎳鎘電池負(fù)極： Cd + 2OH- ==> Cd(OH)2 + 2e- 鉛酸蓄電池負(fù)極: Pb + HSO4- ==> PbSO4 + H+ + 2e- 在上面兩個(gè)半反應(yīng)中Cd(OH)2 和 PbSO4 都不溶于電解質(zhì), Cd2+ 和 Pb2+ 離子不能擴(kuò)散到電極根部，金屬只能在其表面沉積（像單晶生長(zhǎng)，金屬顆粒從表面不斷長(zhǎng)大）。而金屬鋰電池不一樣，Li+ 離子溶在電解質(zhì)中，輕易擴(kuò)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(yuǎn)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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感謝張老師解答，我再回顧一下review，私信了您一張鋰沉積的圖片，有疑惑的地方。 發(fā)自小木蟲(chóng)Android客戶端 |
25樓2019-06-02 00:05:42
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2樓2019-05-31 23:22:05
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張老師，你好。好久不見(jiàn)甚是想念。好久沒(méi)見(jiàn)你來(lái)小木蟲(chóng)了，一直關(guān)注著您和您的大作。也拜讀您關(guān)于鋰硫的一些大作，受益匪淺，還望能夠得到張老師的指點(diǎn)迷津。 發(fā)自小木蟲(chóng)Android客戶端 |
3樓2019-05-31 23:28:25
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小木蟲(chóng): 金幣+0.5, 給個(gè)紅包，謝謝回帖
小毛球: 金幣+3 2019-05-31 23:44:30
小木蟲(chóng): 金幣+0.5, 給個(gè)紅包，謝謝回帖
小毛球: 金幣+3 2019-05-31 23:44:30
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您真的是張博士本人？鋰金屬沉積反應(yīng)和SEI形成反應(yīng)相互競(jìng)爭(zhēng)。要使surface mode生長(zhǎng)占優(yōu)勢(shì)，我感覺(jué)SEI的性質(zhì)調(diào)控是關(guān)鍵，需要利用SEI來(lái)引導(dǎo)均勻沉積（薄/均勻/鋰離子導(dǎo)率高的SEI？）Cd和Pb的情況有些區(qū)別？因?yàn)樗鼈兊某练e不存在SEI形成這個(gè)競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)。若您真是張博士，過(guò)去您做的LiNO3去形成LiNxOy是個(gè)效果很好的例子啊 發(fā)自小木蟲(chóng)IOS客戶端 |
4樓2019-05-31 23:36:09
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