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锂渗透如何破解?提升锂电池固态电解质光滑度成关键

导读: 麻省理工大学(MIT)的研究人员与德国的同行们共同提出,若采用表面光滑的固态电解质(solid electrolyte),可防止有害的锂渗透(Li infiltration)现象出现,进而提升固态锂离子电池的性能。

据外媒报道,麻省理工大学(MIT)的研究人员与德国的同行们共同提出,若采用表面光滑的固态电解质(solid electrolyte),可防止有害的锂渗透(Li infiltration)现象出现,进而提升固态锂离子电池的性能。这表明研究人员需要将研究重心放在提升固态电解质表面的光滑度,这样或将消除或极大地减少电池固态电解质树突的生成数量。为避免产生易燃问题,或许未来还会采用固态锂金属电极。

锂渗透如何破解?提升锂电池固态电解质光滑度成关键

研究人员试图解决这类问题,向固态电解质内添加了陶瓷等其他材料。尽管固态电解质能解决电解液的易燃性问题,但经测试表明,这类材料的性能不太稳定,短路的频率比预期高。

据新研究表明,问题在于此前的研究人员选错了研究方向,他们旨在找寻一款可制造固态电解质的材料。他们认为材料的硬度(firmness)或剪切模量(shear modulus)将决定树突(dendrites)是否会渗入电解质。但据新分析表明,表面的光滑度才是该问题的关键所在,电解质表面的细微裂纹及划痕将导致金属物的积聚。

在发生电化学反应(electrochemical reaction)后,来自电解质的锂(离子)将开始积聚到其表面细微瑕疵(包括:细微的凹点、裂痕、划痕)处。一旦锂离子开始在瑕疵处形成积聚,这一情况将会持续下去。令人感到诧异的是,积聚物是从树突的尖端开始,而非从其基部开始,进而导致固态积聚物的形成,就像是用个楔子,将裂纹挖得更宽。

这表明研究人员需要将研究重心放在提升固态电解质表面的光滑度,这样或将消除或极大地减少电池固态电解质树突的生成数量。为避免产生易燃问题,或许未来还会采用固态锂金属电极。此外,该举措或将使锂离子电池的能量密度翻番。

树突的形成将导致短路故障,该问题一度成为锂电池的技术难题。

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