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sszhang-ARL新蟲 (初入文壇)
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[交流]
金屬鋰電池的問題在哪里? 已有11人參與
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好幾年沒來小木蟲了, 今天回來提個(gè)老問題（如題）。普遍回答是金屬鋰的短循環(huán)壽命和鋰枝晶短路。那么是什么原因?qū)е逻@兩個(gè)問題呢？下面簡單談下個(gè)人看法: 金屬電化學(xué)沉積有兩種模式 [1]：(1) 根部沉積 (root-growth mode) , (2) 表面沉積 (surface-growth mode)。金屬鋰電化學(xué)沉積以前者為主，即金屬鋰在底部的本體鋰或集電極表面沉積，生成的鋰不斷往上頂（見視頻 [2、 3], 請慢速放, 仔細(xì)看）, 有點(diǎn)像火山爆發(fā)巖漿不斷往上冒那種情形。這樣積沉的鋰結(jié)構(gòu)疏松, 比表面積大、極易和電解質(zhì)反應(yīng)以致低循環(huán)效率、形成死鋰、以及體積澎脹。而且生成的鋰因顆粒細(xì)小極易透過隔膜的空隙到達(dá)正極(即所謂的鋰枝晶短路）, 也就是說金屬鋰枝晶不是"刺穿"隔膜、而是"透過"隔膜空隙和正極短路的。本人認(rèn)為消除根部沉積是解決鋰電池問題的關(guān)鍵。迄今，除了增加壓力外還找不到其它更有效的方法來避免金屬鋰的根部沉積 [1]。絕大多數(shù)以前報(bào)道的方法只改善鋰的成核(nucleation)過程、并未解決鋰成長(growth)的根部沉積問題, 包括我自己的兩篇文章 [4、5]。 來個(gè)話外題, 為什么鎳鎘和鉛酸電池可以成功? 這是因?yàn)樵谶@兩種電池中鎘和鉛負(fù)極都是表面沉積為主, 這樣生成的金屬結(jié)構(gòu)致密、表面平整、和電解質(zhì)副反應(yīng)小： 鎳鎘電池負(fù)極： Cd + 2OH- ==> Cd(OH)2 + 2e- 鉛酸蓄電池負(fù)極: Pb + HSO4- ==> PbSO4 + H+ + 2e- 在上面兩個(gè)半反應(yīng)中Cd(OH)2 和 PbSO4 都不溶于電解質(zhì), Cd2+ 和 Pb2+ 離子不能擴(kuò)散到電極根部，金屬只能在其表面沉積（像單晶生長，金屬顆粒從表面不斷長大）。而金屬鋰電池不一樣，Li+ 離子溶在電解質(zhì)中，輕易擴(kuò)散到電極根部，發(fā)生根部沉積。如果金屬鋰能做到表面沉積，離成功就不遠(yuǎn)了。 歡迎討論。 張博士 References [1] S. S. Zhang, ACS Appl. Energy Mater., 2018, 1, 910-920. [2] P. Bai, et al., Energy Environ. Sci., 2016, 9, 3221-3229. 視頻-1. [3] S.J. Tan, et al., Ang. Chem. Intern. Ed., 2019, 131, 7884-7889. 視頻-2 [4] S. S. Zhang, et al., Sustainable Energy Fuels, 2018, 2, 163-168. [5] S. S. Zhang, et al., Electrochim. Acta, 2017, 258, 1201-1207. |
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張老師您好，跟您交流機(jī)會(huì)難得，您關(guān)于根部與表面沉積觀點(diǎn)令我豁然開朗，不知道是否可以模仿鉛酸電池，想辦法讓含Li難溶物質(zhì)暫時(shí)以溶劑化的形式溶于電解液，然后實(shí)現(xiàn)表面沉積？ 發(fā)自小木蟲Android客戶端 |
15樓2019-06-01 10:25:26
sszhang-ARL
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If you cannot open 視頻-2, please use the link: https://onlinelibrary.wiley.com/ ... p-0001-Movie_S1.mp4 Dr. Zhang |
2樓2019-05-31 23:22:05
chenzhishan
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張老師，你好。好久不見甚是想念。好久沒見你來小木蟲了，一直關(guān)注著您和您的大作。也拜讀您關(guān)于鋰硫的一些大作，受益匪淺，還望能夠得到張老師的指點(diǎn)迷津。 發(fā)自小木蟲Android客戶端 |
3樓2019-05-31 23:28:25
forestcubic
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小毛球: 金幣+3 2019-05-31 23:44:30
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小毛球: 金幣+3 2019-05-31 23:44:30
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您真的是張博士本人？鋰金屬沉積反應(yīng)和SEI形成反應(yīng)相互競爭。要使surface mode生長占優(yōu)勢，我感覺SEI的性質(zhì)調(diào)控是關(guān)鍵，需要利用SEI來引導(dǎo)均勻沉積（薄/均勻/鋰離子導(dǎo)率高的SEI？）Cd和Pb的情況有些區(qū)別？因?yàn)樗鼈兊某练e不存在SEI形成這個(gè)競爭反應(yīng)。若您真是張博士，過去您做的LiNO3去形成LiNxOy是個(gè)效果很好的例子啊 發(fā)自小木蟲IOS客戶端 |
4樓2019-05-31 23:36:09
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