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科技日报:释放“应力”或可解决高容量锂电池安全难题

2018-03-30 10:51:34.0 来源:科技日报

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随着可穿戴设备、电动汽车产业等的迅速发展,对电池的“高容量”标准,也在不断提高。以锂金属为负极的锂电池,有着比传统锂离子电池高10倍的容量潜力,但却存在着潜在的安全隐患。

28日,从湖南大学获悉,美国亚利桑那州立大学姜汉卿团队、莱斯大学唐铭团队,与该校段辉高团队一项关于“锂枝晶”问题的研究成果,有望助力解决这类“高能”锂电池的安全“烦恼”。这一成果,于近日发表于国际顶级能源期刊《自然·能源》上。

石墨作为传统锂离子电池的负极材料,存储容量为380mAh/g。但,这远低于锂金属的理论比容量3860mAh/g。因此,锂金属是高容量电池更为理想的负极材料。不过,早期以锂金属为负极的电池,会在充放电过程中产生树枝状金属锂,即“锂枝晶”问题。这或可导致电池内部短路甚至爆炸,是潜在安全隐患。

为解决锂枝晶生长问题,学界提出了各种解决方案。包括,在电解液中添加有机添加剂,或使用固态电解质等,抑制枝晶产生。近日,该论文研究团队关于锂枝晶问题的发现,有望助力从全新角度来“瓦解”锂枝晶生成。

姜汉卿介绍,他们发现,在金属沉积过程中,压应力普遍存在。团队在制备出的软基衬底上,沉积铜膜作为集流体,将电极组装成电池在显微镜下进行充电。观察发现,充电一段时间后,铜膜上会骤然出现一维褶皱结构,通过铜膜失稳皱褶,软性衬底上的应力被大大释放。从而证实了电极表面的压应力,确能驱动锂枝晶生长。同时,他们通过对在铜箔上和软基集流体沉积锂金属,研究沉积锂形貌,证明了应力释放能有效防止枝晶生成。

据悉,团队还研究了更有效利用软基底能释放应力的方式。他们以方糖为模板,获得了三维多孔软基衬底。经测试发现,相对商业化铜箔及三维泡沫铜,其具更佳电化学性能。

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