金属锂负极强势崛起硅负极准备好了吗?

栏目:国内业绩

更新时间:2021-03-09

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金属锂负极强势崛起硅负极准备好了吗?

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随着锂离子电池能量密度的大大提升,传统的石墨材料(理论比容量仅有为372mAh/g)早已相比之下无法符合人们的市场需求,人们陆续研发出有了多款高比容量的负极材料,Si基负极,Sn基负极和N掺入石墨等材料,这其中Si基材料是目前高容量负极材料中技术成熟度较高,早已转入到实际应用于阶段的材料。

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本文摘要:随着锂离子电池能量密度的大大提升,传统的石墨材料(理论比容量仅有为372mAh/g)早已相比之下无法符合人们的市场需求,人们陆续研发出有了多款高比容量的负极材料,Si基负极,Sn基负极和N掺入石墨等材料,这其中Si基材料是目前高容量负极材料中技术成熟度较高,早已转入到实际应用于阶段的材料。

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随着锂离子电池能量密度的大大提升,传统的石墨材料(理论比容量仅有为372mAh/g)早已相比之下无法符合人们的市场需求,人们陆续研发出有了多款高比容量的负极材料,Si基负极,Sn基负极和N掺入石墨等材料,这其中Si基材料是目前高容量负极材料中技术成熟度较高,早已转入到实际应用于阶段的材料。此外,传统的高容量负极材料金属锂也随着Li-S和Li-O2等电池的研究,安全性问题也渐渐获得了解决,金属锂负极在二次电池中的应用于也早已开始转入到实际应用于阶段。

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金属锂负极与Si负极比起可以说道各有千秋,那么谁需要在未来高比能电池负极材料的竞争中落败呢?金属锂负极的比容量为3860mAh/g,电势为3.04V(vs标准氢电极),非常适合作为电池负极用于,DingchangLin计算出来指出「1」,如果将锂离子电池中的石墨负极,更换为金属锂负极,比能量可超过440Wh/kg,完全是现有锂离子电池的两倍,而Li-S和Li-O2电池更加可以将比能量进一步提高到650Wh/kg和950Wh/kg。Li-S电池和Li-O2电池经过几十年的发展,人们对于金属锂负极的研究早已非常充份,早已明确提出了多种不切实际的方法解决金属锂负极的枝晶和体积变化等问题,尤其是固态电解质的用于,让金属锂负极向着实际应用于踏出了一大步。金属锂负极应用于绕行不出的是锂枝晶的问题,早期人们对于锂枝晶的了解主要来自于其他金属电解过程中枝晶产生机理,对于锂电池内锂枝晶构成机理更好是“猜测”。

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而在2014年,美国橡树岭国家实验室的RobertL.Sacci等「2」利用原位透射电镜技术必要在玻璃碳表面观测到了锂枝晶的构成过程,从下面的动画可以看见,不同于传统的枝晶的概念,锂枝晶首先以球形经常出现的,其表面享有一些纳米球,这些纳米球具备一定角度的小面,随后的在一次锂颗粒的表面展开的二次结晶生长,不会产生许多其他形状的锂晶体,如球形、多面体和针状等。界面问题是解决问题锂枝晶问题的关键,传统的有机碳酸酯类电解液所构成的SEI膜缺乏弹性,从而造成在界面波动时SEI膜非常容易损毁,使得库伦效率上升,因此通过一定手段提高金属锂负极的表面结构,对于提高金属锂负极的稳定性是十分有协助的。例如在金属锂负极的表面构成一层具备一定强度的人造SEI膜(如Li3PO4),需要很好的平稳界面,诱导锂枝晶的生长,此外具备较好的机械强度和电化学稳定性的固态电解质是诱导锂枝晶的有效地手段。

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电解液添加剂也是提高金属Li界面稳定性的常用方法,例如在碳酸酯类电解液中加到少量的较低还原成电势的碱金属离子,如Cs+和Rb+,在局部经常出现锂枝晶,造成此处电流密度减小时,Cs+和Rb+需要较慢挤满在锂枝晶表面,构成一层静电层从而避免Li之后在此处沉积,达到抑制锂枝晶生长的起到「1」。

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