眾所周知，鋰離子電池憑借著其出色的能量密度在當(dāng)代社會(huì)上被廣泛使用，盡管它在循環(huán)使用的過(guò)程中容易生成枝晶以及SEI膜，進(jìn)而使電池性能受損、失效甚至有起火風(fēng)險(xiǎn)，但至今還沒(méi)有一種完美的新技術(shù)能將其取而代之。
一直以來(lái)，科學(xué)家們也是竭盡所能地尋找新方法來(lái)攻克這些瓶頸。據(jù)報(bào)道，美國(guó)阿肯色大學(xué)(the University of Arkansas)的研究人員近期開(kāi)發(fā)了一種新型的含鋰交聯(lián)聚合物材料。這種新材料名為L(zhǎng)iGL(GL=丙三醇/甘油)，有助于解決上述商用鋰金屬負(fù)極存在的兩個(gè)問(wèn)題。
據(jù)稱，這種LiGL聚合物膜具有優(yōu)異的性能，能有效防止鋰金屬陽(yáng)極的枝晶生長(zhǎng)和SEI膜形成，實(shí)現(xiàn)鋰電極長(zhǎng)期穩(wěn)定的循環(huán)性能。這項(xiàng)研究成果已于近期發(fā)表在了《能源材料進(jìn)展》(Energy Material Advances)雜志上。
迄今為止，已經(jīng)報(bào)道了多種技術(shù)策略來(lái)解決鋰負(fù)極的問(wèn)題，例如三維(3D)鋰承載框架、電解質(zhì)添加劑、固態(tài)電解質(zhì)和表面涂層?！霸谶@些努力中，表面涂層仍然是一種簡(jiǎn)便有效的途徑，”該研究論文通訊作者、阿肯色大學(xué)機(jī)械工程系教授Xiangbo Meng說(shuō)。
“分子層沉積(MLD)最近已經(jīng)成為一個(gè)新的研究方向，于2018年首次實(shí)踐，”Meng說(shuō)，“這些通過(guò)MLD精確合成的聚合物薄膜，比無(wú)機(jī)薄膜有更好的柔韌性，有助于提供更好的保護(hù)效果，從而提高鋰金屬負(fù)極的性能?！?/p>
Meng和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開(kāi)發(fā)了三種鋰離子聚合物MLD工藝，并研究了這些聚合物薄膜涂層的保護(hù)作用，試圖實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的循環(huán)性能，并且?guī)缀醪粫?huì)形成鋰枝晶和鋰電極的 SEI。
“在這項(xiàng)工作中，我們首次開(kāi)發(fā)了一種新型的含鋰交聯(lián)聚合物材料，一種能夠?qū)︿嚱饘訇?yáng)極產(chǎn)生優(yōu)異保護(hù)效果的鋰酮，”孟說(shuō)?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，LiGL鋰酮可以作為一種特殊的聚合物保護(hù)膜覆蓋在鋰金屬陽(yáng)極上。”
據(jù)他介紹，這種LiGL MLD對(duì)鋰電極顯示出出色的保護(hù)效果，即顯著抑制鋰枝晶并減少SEI形成。計(jì)算模擬和實(shí)驗(yàn)還顯示，該MLD LiGL膜是電絕緣性和離子導(dǎo)電的。
在他們的研究中，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，涂覆LiGL鋰酮的鋰電極具有優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。在電流密度為5 mA/cm2，面積容量為1 mAh/cm2的條件下，Li/Li對(duì)稱電芯中的鋰剝離或電鍍循環(huán)次數(shù)可達(dá)到13600次以上，而不出現(xiàn)故障。
目前，更新結(jié)果顯示，無(wú)故障循環(huán)能力已增長(zhǎng)至20000多次鋰剝離/電鍍循環(huán)(超過(guò)1萬(wàn)小時(shí)或一年以上)。據(jù)了解，這是迄今報(bào)道過(guò)的最好的循環(huán)性能。因此，MLD LiGL技術(shù)為解決鋰負(fù)極問(wèn)題鋪設(shè)了技術(shù)途徑。
“LiGL涂層的性能，如機(jī)械性能和導(dǎo)電性，是它們對(duì)鋰金屬電極的出色保護(hù)作用的基礎(chǔ)，”Meng說(shuō)：“我們開(kāi)發(fā)的這種新型LiGL代表了對(duì)鋰負(fù)極現(xiàn)有問(wèn)題的簡(jiǎn)便有效的解決方案，并可能為鋰金屬電池鋪平了技術(shù)上可行的路線。”
（文章來(lái)源：財(cái)聯(lián)社）
