据国外媒体报道,日本信州大学(Shinshu University)研发了抑制锂硫电池及锂空气电池内锂枝晶增生的新方法。该研究团队将重质碳酸镁(三氟甲磺酰基)用作电解液添加剂,使沉积的镁与随后积聚的锂发生合金化反应。
相较于传统的石墨材料(LiC6: 372 mAh/g)而言,锂金属是一款极具前景的高能量密度电池负极材料,因为其理论容量高达3860 mAh/g。然而,锂金属的应用也存在诸多安全风险,容易生成锂晶枝,渗入蓄电池隔板(separator),引起电池内部短路。为此,研发团队采用了诸多方法,用于预防锂晶枝的出现,包括:采用t3D matric基材、电解液添加剂及利用固态电极。
添加镁盐抑制锂晶枝生成的示意图:
(a)研究人员采用了一款市面上可购得的电解液,锂晶枝呈非均匀分布。通过反复的沉积-溶解循环,淤积形态(deposition morphology)导致了锂晶枝的生成,该物质将引起电量的急速衰减和热逃逸(thermal runway)。
(b)在含有镁盐的电解液中,镁离子出现衰减,并在基材上生成金属镁,这主要得益于其标准电机电势(standard electrode potential)较高。随后,锂积聚物将与镁金属发生电化学反应,生成锂镁二元合金(binary Li–Mg alloy)。
尽管该方法能抑制锂晶枝的形成,但研究团队却发现,难以发生可逆反应,而这对于可充电电池而言,无疑是非常重要的前提条件之一。研究团队正在研究其他镁盐,并致力于提升镁盐与锂金属的电化学稳定性,从而使可逆反应的发生更容易些。
除此之外,研究人员希望利用电镀技术(plating technology)来解决上述难题,并最终研发一款紧凑型大容量锂电池。
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