Проблемы с литиевыми дендритами влияют на развитие литиевой батареи, могут быстро снизить производительность батареи

Металлический литий имеет удельную емкость 3860 мАч / г и окислительно-восстановительный потенциал 3,04 В (относительный стандартный водородный электрод). Таким образом, перезаряжаемый металлический литий. Батарея становится наиболее потенциальной из систем вторичных перезаряжаемых высокоэнергетических батарей. Но проблемы с литиевыми дендритами влияют на разработку литиевых батарей, литиевый дендрит из-за неконтролируемого роста может быстро ухудшить характеристики батареи, сократить срок службы батареи, даже если она пробита, мембрана между электродами вызывает проблемы безопасности, такие как короткое замыкание батареи. .

Таким образом, ключевой проблемой становится эффективное подавление роста дендритов лития при большой плотности тока, большой плотности энергии и длительных циклах. Из-за этого японский научно-исследовательский институт промышленных технологий, доктор Бай Сонгян, доктор Сунь Ян и профессор Нанкинского университета Чжоу Хаошен разработали новый тип электролита, электролита, который может подавлять рост дендритов лития при больших токах.

В исследовании выделяются:

1. Электролиты на основе MOF с большой плотностью тока, большой плотностью энергии, длинным циклом обеспечивают эффективное ингибирование роста дендритов лития.

2. Путем расчета доказано, что структура MOF TFSI? Ион эффективного регулирования и реализации равномерного ионного транспорта Li +.

Цифра ТОС

Электролиты на основе MOF - это использование упорядоченной сверхтонкой пористой структуры MOF (HKUST) в качестве ионного сита в обычном электролите млитфсидол / DME (1) для эффективного регулирования ионного транспорта Инь и Ян, а также демонстрируют высокий коэффициент миграции ионов и высокую ионную проводимость. . Относительно иона Инь и Ян в беспорядке обычной электрической гидравлической передачи и вызвать неравномерные отложения лития, структура MOF может обеспечить эффективные ионные каналы, селективный медленный TFSI? Через него проходят положительные ионы, чтобы добиться равномерного эффекта транспорта ионов лития, реализовать однородные отложения лития.

Рисунок 1 подавлял рост дендрита лития.

Чтобы проиллюстрировать механизм канала MOF ионного транспорта Инь и Ян, исследователи провели ряд теоретических расчетов. При вычислении теории функционала плотности (DFT) в двух крайних случаях TFSI? Положительные ионы в горизонтальном (Путь - I) или вертикальном (Путь - II) корпусах по МОЧ каналу энергетических барьеров. Рама MOF, жесткие условия или условия релаксации между ними (F и F ') к базовой разнице составляют 1,26 EV и 0,63 EV, соответственно. Соответствующий расчет иллюстрирует ограничения пространства канала MOF для TFSI? Положительные ионы в канале передачи имели эффект селективной задержки.

Рис. 2 Расчеты DFT TFSI? В MOF дыры в передаче энергии барьеры

Результаты моделирования молекулярной динамики (MD) доказывают, что структура MOF может пройти через TFSI? Анионная эффективная регуляция для достижения равномерного транспорта ионов Li +. В обычном электрогидравлическом млитфсидоле / DME (1) процесс сольватации TFSI? Анионный азимутальный сдвиг происходит быстрее, чем сольватация ионов Li +. В электролитах на основе MOF задержка канала MOF TFSI? Анион, проникая в него, заставляет ионы Li + смещаться по азимуту быстрее.

Рис. 3. li + и TFSI в обычном электролите на основе DOL / DME и MOF при моделировании молекулярной динамики

Относительно иона Инь и Ян в беспорядке обычной электрической гидравлической передачи и вызвать неравномерные отложения лития, структура MOF может обеспечить эффективные ионные каналы, селективную задержку TFSI? Через него проходят положительные ионы, чтобы добиться равномерного эффекта транспорта ионов лития, реализовать однородные отложения лития.

Симметричный тест батареи соответственно при большой плотности тока (5 ма / см2, ма / см2) 10 ма / см2 и 10 случаях, что соответствует плотности энергии MAH / см2 (2,5 мАч / см2, 5 и 10 мАч / см2) симметричная батарея может находиться в длительном цикле, по крайней мере, никаких явных признаков короткого замыкания не произошло в течение более 800 часов.

Рисунок 4 - Электролиты на основе МОФ при симметричных характеристиках батареи

Наблюдение с помощью SEM показывает рост дендрита лития после цикла анода из металлического лития. Используя традиционную батарею с симметричным электролитом, в 10 мАч / см2 и при условии 10 мАч / см2, батареи через 120 часов после короткого замыкания. Рост поверхности металлического лития анода большого количества до 10 микрон диафрагмы, пронизанной дендритом лития, вызывает короткое замыкание. Но при использовании батареи с базовым электролитом MOF дендрит лития, очевидно, сдерживал рост ситуации. В трех случаях с большой плотностью тока при условии случаев явного роста дендритов лития не наблюдалось.

Рисунок 5: изменение морфологии поверхности металлического литиевого электрода при различной плотности тока.

Титанат лития, используемый в качестве электродных материалов, проверенный в условиях высокого тока, с использованием базового электролита MOF литиевой батареи, также может показать стабильность характеристик длительного цикла. В плотности тока достигает 7 мА / см2, литий-титанат-литиевая батарея после цикла 2000 раз, потеря емкости только 7 мАч / см2. Коэффициент потери емкости на каждом круге составляет всего 0,0025%.

Рисунок 6 - электролиты на основе литиевых батарей, испытание на электрохимические характеристики.

Одним словом, в исследовании впервые сообщалось о роли электролитов на основе MOF в литиевой катодной защите, имеющей важное значение для дальнейшего развития литиевых батарей. Кроме того, исследование также показывает ультрамикропористую структуру MOF для потенциальных применений в аккумуляторных системах.

BaiS, SunY, YiJ, et al. High-PowerLi-MetalAnodeEnabledbyMetal-OrganicFrameworkModifiedElectrolyte [J] .Joule, 2018.

Страница содержит содержимое машинного перевода.