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鋰枝晶研究新發現,助鋰電更安全

鉅大LARGE  |  點擊量:88次  |  2020年02月28日  

摘要
鋰離子電池經常在電極之間形成針狀結構,導致電池短路,甚至引起火災。近日,一個研究團隊找到了一種培養和觀察鋰晶須和樹枝狀晶體的方法,以了解阻止或防止鋰晶須和樹枝狀晶體出現。

鋰離子電池經常在電極之間形成針狀結構,導致電池短路,甚至引起火災。近日,一個研究團隊找到了一種培養和觀察鋰晶須和樹枝狀晶體的方法,以了解阻止或防止鋰晶須和樹枝狀晶體出現。


賓夕法尼亞州立大學機械工程教授張素琳(SulinZhang)表示:“由于這種晶須很小,很難探測到它的成核過程,也很難觀察到它的形成過程。鋰的極高反應活性也使得實驗檢測它的存在和測量它的性質非常困難?!?/p>

鋰晶須和樹枝狀晶體是厚度僅幾百納米的針狀結構,可以從鋰電極通過液體或固體電解質向正極生長,使電池短路,甚至引發火災。


來自我國、佐治亞理工學院和賓夕法尼亞州立大學的合作團隊利用二氧化碳大氣在環境透射電子顯微鏡(ETEM)中成功地培育出了鋰晶須。二氧化碳與鋰的反應形成一層氧化物,有助于穩定晶須。


這項研究最近公布在《自然-納米技術》雜志上。論文名字是“通過現場測試-原子力顯微鏡揭示鋰晶須的形成和生長應力的產生”。


研究團隊創造性地使用原子力顯微鏡(AFM)作為反電極,并且集成的ETEM-AFM技術能夠同時成像晶須形成和測量生長應力。假如生長應力過高,它會穿透并破壞固態電解質,晶須就會繼續生長,最終導致電池短路。


張素琳說:“現在我們知道了生長應力的極限,我們可以相應地設計固體電解質以防止這種情況?!被阡嚱饘俚娜虘B電池因其更高的安全性和更強的能量密度而備受青睞。


張素琳說,這項新技術將受到機械和電化學界的歡迎,并將在許多其他應用中發揮作用。


研究小組的下一步工作是觀察樹枝狀晶體在TEM下與更真實的固態電解質形成的過程,以確切地了解發生了什么。


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