釋放「應力」或可解決高容量鋰電池安全難題

中國儲能網訊：隨著可穿戴設備、電動汽車產業等的迅速發展，對電池的「高容量」標準，也在不斷提高。以鋰金屬為負極的鋰電池，有著比傳統鋰離子電池高10倍的容量潛力，但卻存在著潛在的安全隱患。

28日，從湖南大學獲悉，美國亞利桑那州立大學姜漢卿團隊、萊斯大學唐銘團隊，與該校段輝高團隊一項關於「鋰枝晶」問題的研究成果，有望助力解決這類「高能」鋰電池的安全「煩惱」。這一成果，於近日發表於國際頂級能源期刊《自然·能源》上。

石墨作為傳統鋰離子電池的負極材料，存儲容量為380mAh／g。但，這遠低於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極材料。不過，早期以鋰金屬為負極的電池，會在充放電過程中產生樹枝狀金屬鋰，即「鋰枝晶」問題。這或可導致電池內部短路甚至爆炸，是潛在安全隱患。

為解決鋰枝晶生長問題，學界提出了各種解決方案。包括，在電解液中添加有機添加劑，或使用固態電解質等，抑制枝晶產生。近日，該論文研究團隊關於鋰枝晶問題的發現，有望助力從全新角度來「瓦解」鋰枝晶生成。

姜漢卿介紹，他們發現，在金屬沉積過程中，壓應力普遍存在。團隊在製備出的軟基襯底上，沉積銅膜作為集流體，將電極組裝成電池在顯微鏡下進行充電。觀察發現，充電一段時間後，銅膜上會驟然出現一維褶皺結構，通過銅膜失穩皺褶，軟性襯底上的應力被大大釋放。從而證實了電極表面的壓應力，確能驅動鋰枝晶生長。同時，他們通過對在銅箔上和軟基集流體沉積鋰金屬，研究沉積鋰形貌，證明了應力釋放能有效防止枝晶生成。

據悉，團隊還研究了更有效利用軟基底能釋放應力的方式。他們以方糖為模板，獲得了三維多孔軟基襯底。經測試發現，相對商業化銅箔及三維泡沫銅，其具更佳電化學性能。

來源： 科技日報

關鍵字:鋰電池

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