无机胶凝材料 剥离剂主要成分

2025-01-2005:14:58生活经验0

2 锂枝晶的抑制方法

针对锂枝晶的抑制,当前研究提出了多种策略。根据锂枝晶的形成过程,可分为控制锂枝晶成核的策略、抑制锂枝晶生长的方法,以及同时考虑成核和生长的解决方法,如图6所示。

2.1 控制锂枝晶成核的策略

为了有效控制锂成核阶段,研究者们进行了诸多探索。其中包括使锂离子通量均匀分布的亲锂表面电极策略,以及诱导锂均匀成核的非均相晶核方法。

2.1.1 亲锂表面电极

亲锂表面电极通过均匀的成核位点,可以使电解质体相中锂离子的浓度分布均匀化,从而实现锂的均匀沉积成核。例如,Zhang等提出了一种具有极性官能团的非导电亲锂涂层改性电极,这种电极能够吸附大量的锂离子,以补偿锂离子与凸起之间的静电相互作用,避免锂离子在凸起周围积聚和枝晶生长。基本物质、氧化物等亲锂材料也可以有效地改变基体的性质,促进锂的均匀成核。

2.1.2 诱导锂均匀成核的非均相晶核

非均相晶核可以作为引导无枝晶锂成核和生长的晶核。例如,Liu等将铜纳米粒子用作诱导成核的非均相晶核,有效调节了沉积锂的成核和生长。Yang等研究了固定在碳纳米纤维上的超细银纳米粒子,以调节锂金属的成核和生长。

2.2 抑制锂枝晶生长的方法

除了控制成核过程外,降低有效电流密度、调节电场的三维导电基体,以及具有合适力学性能的物理涂层等方法也可以有效抑制枝晶的生长。

2.2.1 三维导电基体

三维导电基体既可以降低有效电流密度,又可以调节电场,从而抑制锂枝晶的生长。例如,Zhang等提出了一种独特的石墨烯框架结构,该结构由原位形成的SEI膜和金属锂沉积在孔隙中作为导电主体。这种结构可以有效降低局部电流密度,从而延长成核时间,促进均匀成核过程和无枝晶形态的锂沉积。

2.2.2 涂层

涂层因其设计简单、可扩展、可兼容不同的电解质和阳极而受到关注。硬涂层如聚二甲基硅氧烷薄膜(PDMS)等,具有高模量和优异的电化学稳定性,可以有效抑制锂枝晶的生长。而软涂层如动态的软聚合物等,可以减缓电极表面的流动并消除长周期内潜在的“热点”,从而抑制锂枝晶的生长。

2.3 抑制锂枝晶成核和生长的综合方法

除了单独使用上述方法外,结合多种策略可以更有效地抑制锂枝晶的成核和生长。例如,通过固定阴离子的纳米结构电解质可以防止由空间电荷引起的大电场的形成,从而延迟锂枝晶的成核与生长。盐包水电解质通过调节锂的电镀/剥离过程,将反应控制转为锂沉积的速率决定步骤,实现了无枝晶锂沉积。

通过控制锂枝晶的成核和生长过程,结合使用三维导电基体、涂层以及固定阴离子的电解质等方法,可以有效抑制锂枝晶的生长,提高锂金属电池的循环稳定性和安全性。文献参考如丰闪闪等人所著文章。