釋放“應(yīng)力”或可解決高容量鋰電池安全難題

隨著可穿戴設(shè)備、電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)等的迅速發(fā)展，對(duì)電池的“高容量”標(biāo)準(zhǔn)，也在不斷提高。以鋰金屬為負(fù)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(xué)獲悉，美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)姜漢卿團(tuán)隊(duì)、萊斯大學(xué)唐銘團(tuán)隊(duì)，與該校段輝高團(tuán)隊(duì)一項(xiàng)關(guān)于“鋰枝晶”問(wèn)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(guó)際頂級(jí)能源期刊《自然·能源》上。

石墨作為傳統(tǒng)鋰離子電池的負(fù)極材料，存儲(chǔ)容量為380mAh／g。但，這遠(yuǎn)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(fù)極材料。不過(guò)，早期以鋰金屬為負(fù)極的電池，會(huì)在充放電過(guò)程中產(chǎn)生樹(shù)枝狀金屬鋰，即“鋰枝晶”問(wèn)題。這或可導(dǎo)致電池內(nèi)部短路甚至爆炸，是潛在安全隱患。

為解決鋰枝晶生長(zhǎng)問(wèn)題，學(xué)界提出了各種解決方案。包括，在電解液中添加有機(jī)添加劑，或使用固態(tài)電解質(zhì)等，抑制枝晶產(chǎn)生。近日，該論文研究團(tuán)隊(duì)關(guān)于鋰枝晶問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)，有望助力從全新角度來(lái)“瓦解”鋰枝晶生成。

姜漢卿介紹，他們發(fā)現(xiàn)，在金屬沉積過(guò)程中，壓應(yīng)力普遍存在。團(tuán)隊(duì)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(jìn)行充電。觀察發(fā)現(xiàn)，充電一段時(shí)間后，銅膜上會(huì)驟然出現(xiàn)一維褶皺結(jié)構(gòu)，通過(guò)銅膜失穩(wěn)皺褶，軟性襯底上的應(yīng)力被大大釋放。從而證實(shí)了電極表面的壓應(yīng)力，確能驅(qū)動(dòng)鋰枝晶生長(zhǎng)。同時(shí)，他們通過(guò)對(duì)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(yīng)力釋放能有效防止枝晶生成。

據(jù)悉，團(tuán)隊(duì)還研究了更有效利用軟基底能釋放應(yīng)力的方式。他們以方糖為模板，獲得了三維多孔軟基襯底。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)，相對(duì)商業(yè)化銅箔及三維泡沫銅，其具更佳電化學(xué)性能。