【科技動態】日本信州大學采用鎂鹽抑制鋰晶枝 欲用電鍍技術攻克難題

2018-03-01 瀏覽數:961

        據外媒報道,日本信州大學(Shinshu University)研發了抑制鋰硫電池及鋰空氣電池內鋰枝晶增生的新方法。研究團隊將重質碳酸鎂(magnesium bis)(三氟甲磺酰基,trifluoromethanesulfonyl)用作電解液添加劑(electrolyte additive),使沉積的鎂與隨后積聚的鋰發生合金化反應(alloying reaction)。

       相較于傳統的石墨材料(LiC6: 372 mAh/g)而言,鋰金屬是一款極具前景的高能量密度電池負極材料,因為其理論容量(theoretical capacity)高達3860 mAh/g。然而,鋰金屬的應用也存在諸多安全風險,容易生成鋰晶枝,滲入蓄電池隔板(separator),引起電池內部短路。為此,研發人員采用了諸多方法,用于預防鋰晶枝的出現,包括:采用t3D matric基材、電解液添加劑及利用固態電極。

       添加鎂鹽抑制鋰晶枝生成的示意圖: 

              

(a)研究人員采用了一款市面上可購得的電解液,鋰晶枝呈非均勻分布。通過反復的沉積-溶解循環,淤積形態(deposition morphology)導致了鋰晶枝的生成,該物質將引起電量的急速衰減和熱逃逸(thermal runway)。

(b)在含有鎂鹽的電解液中,鎂離子出現衰減,并在基材上生成金屬鎂,這主要得益于其標準電機電勢(standard electrode potential)較高。隨后,鋰積聚物將與鎂金屬發生電化學反應,生成鋰鎂二元合金(binary Li–Mg alloy)。 

        盡管該方法能抑制鋰晶枝的形成,但研究人員卻發現,難以發生可逆反應,而這對于可充電電池而言,無疑是非常重要的前提條件之一。研究人員正在研究其他鎂鹽,并致力于提升鎂鹽與鋰金屬的電化學穩定性,從而使可逆反應的發生更容易些。

研究人員希望利用電鍍技術(plating technology)來解決上述難題,并最終研發一款緊湊型大容量鋰電池。


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