El mecanismo de formación y prevención del litio dendrítico.

Formar:

En pocas palabras, litio dendrítico significa que el contenido de litio incrustado en el grafito excede su tolerancia, y el exceso de iones de litio se combinará con los electrones transportados desde el electrodo negativo y comenzará a depositarse en la superficie del electrodo negativo. En el proceso de carga de la batería, el exterior da un voltaje al exterior, de modo que los iones de litio del interior del material del electrodo positivo se pueden extraer al medio electrolítico. De manera similar, los iones de litio en el electrolito se moverán a la capa de carbono bajo la condición de diferencia de voltaje externo. El grafito tiene un canal en capas, y el litio ingresará al canal para formar un compuesto de carbono-litio con carbono, formando un compuesto de intercalación de grafito como LiCx (x=1 ~ 6). La reacción electroquímica en el electrodo negativo de una batería de litio se puede expresar mediante la siguiente fórmula:

En esta fórmula, hay un parámetro que es, si los dos se suman, se producirá litio dendrítico. Aquí hay un concepto con el que todos están familiarizados, compuesto de intercalación de grafito. Los compuestos interlaminares de grafito (GIC para abreviar) son compuestos cristalinos que utilizan métodos físicos o químicos para insertar reactivos sin carbono entre las capas de grafito y se combinan con el plano de red hexagonal de carbono mientras se mantiene la estructura de grafito en capas.

caracteristicas:

El litio dendrita generalmente se deposita en la posición de contacto entre el separador y el electrodo negativo. Los estudiantes que tienen experiencia en desmontar baterías a menudo deben encontrar una capa de material gris en el separador. Sí, es precipitación de litio. El litio dendrita es un metal de litio que se forma después de que los iones de litio reciben electrones, y el metal de litio ya no puede formar iones de litio para participar en las reacciones de carga y descarga de la batería, lo que resulta en una disminución de la capacidad de la batería. El litio dendrita crece desde la superficie del electrodo negativo hacia el separador. Si el metal de litio se deposita continuamente, eventualmente perforará el separador y provocará un cortocircuito en la batería, causando problemas de seguridad en la batería.

Factores de influencia:

Los principales factores que afectan la formación de litio dendrítico son: la rugosidad de la superficie del electrodo negativo, el gradiente de concentración de iones de litio, la densidad de corriente, etc. Además, la película SEI, el tipo de electrolito, la concentración de soluto y la distancia efectiva entre los electrodos positivo y negativo todos afectan al dendrítico. La formación de litio tiene cierta influencia.

1. Rugosidad superficial del electrodo negativo

La rugosidad de la superficie del electrodo negativo afecta la formación de litio dendrítico. Cuanto más rugosa sea la superficie, más propicia para la formación de litio dendrítico. La formación de litio dendrítico implica electroquímica, cristalografía, termodinámica y cinética. David R. Ely Hay una descripción detallada en el artículo.

2. Gradiente y distribución de la concentración de iones de litio

Después de que los iones de litio se extraen del material del electrodo positivo, pasan a través del electrolito y el separador y aceptan electrones en el electrodo negativo. Durante el proceso de carga, la concentración de iones de litio del electrodo positivo aumenta gradualmente y la concentración de iones de litio del electrodo negativo disminuye debido a la aceptación continua de electrones. En una solución diluida con una alta densidad de corriente, la concentración de iones será 0. Sobre esta base, Fleury et al. El modelo establecido con Chazalviel muestra que cuando la concentración de iones se reduce a 0, el electrodo negativo formará una carga espacial local y formará una estructura dendrítica. La tasa de crecimiento de la estructura dendrítica es la misma que la tasa de migración de iones en el electrolito.

3. Densidad de corriente

En el artículo Crecimiento de dendrita en sistemas de litio / polímero, el autor cree que la tasa de crecimiento de la punta del litio dendrítico está estrechamente relacionada con la densidad de corriente, como se muestra en la siguiente fórmula:

Si se reduce la densidad de corriente, el crecimiento del litio dendrítico se puede retrasar hasta cierto punto, como se muestra en la siguiente figura:

Como evitar:

El mecanismo de formación del litio dendrítico aún está claro, pero existen muchos modelos de crecimiento del litio metálico. Según la formación de litio dendrítico y factores influyentes, la formación de litio dendrítico se puede evitar a partir de los siguientes aspectos:

1). Controle la planitud de la superficie del material del electrodo negativo.

2). El tamaño de las partículas del electrodo negativo debe ser menor que el radio termodinámico crítico.

3). Regular la humectabilidad de los electrodepósitos.

4). Limite el potencial de recubrimiento por debajo del valor crítico. Además, se puede mejorar el mecanismo tradicional de carga y descarga. Por ejemplo, se puede considerar el método del pulso.

5). Agregue aditivos de electrolitos que estabilicen la interfaz negativa electrodo-electrolito

6). Reemplace el electrolito líquido con gel / electrolito sólido de alta resistencia

7). Establecer una capa protectora de superficie de ánodo de litio de alta resistencia

Finalmente, deje dos preguntas al final del artículo para que todos las discutan:

1). ¿Dónde ocurre la reacción electroquímica del ion litio? Uno es la transferencia de masa en fase sólida después de que la reacción electroquímica de los iones de litio en la superficie del grafito alcanza la saturación. La segunda es que los iones de litio migran a las capas de grafito a través de los límites de grano de los cristalitos de grafito y reaccionan dentro del grafito.

2). ¿La reacción entre los iones de litio y el grafito forma compuestos de carbono-litio y el litio dendrítico ocurre simultánea o secuencialmente?