鋰枝晶

鋰枝晶是鋰電池在充電過程中鋰離子還原時形成的樹枝狀金屬鋰，但是鋰在負極側出現時鋰的形態不一定是鋰枝晶，統稱為析鋰。

基本介紹

• 中文名：鋰枝晶
• 外文名：lithium dendrite
• 一級學科：工程技術
• 二級學科：能源技術
• 定義：在充電過程中形成的樹枝狀金屬鋰
• 套用：電池

定義

鋰電池在充電過程中鋰離子還原時形成的樹枝狀金屬鋰。鋰在負極側出現時鋰的形態不一定是鋰枝晶，統稱為析鋰。

相關研究

鋰枝晶生長是影響鋰離子電池安全性和穩定性的根本問題之一。鋰枝晶的生長會導致鋰離子電池在循環過程中電極和電解液界面的不穩定，破壞生成的固體電解質界面（SEI）膜，鋰枝晶在生長過程中會不斷消耗電解液並導致金屬鋰的不可逆沉積，形成死鋰造成低庫倫效率；鋰枝晶的形成甚至還會刺穿隔膜導致鋰離子電池內部短接，造成電池的熱失控引發燃燒爆炸。關於鋰枝晶的生長機理在學術界還存在爭論。由於鋰離子電池怕水怕氧，常用的表征SEI的技術手段非常有限。利用各種電鏡技術在納米尺度理解鋰枝晶生長的演化過程對解決這一問題至關重要。常規的透射電鏡由於高能粒子的照射，容易引起SEI及電極結構的破壞；雖然低溫冷凍電鏡能夠解決這一問題，但是由於使用條件的限制，在實驗中無法使用常溫電解液，也無法實現原位觀察。此外，其昂貴的設備引進費用也制約了其推廣。

有學者在前期利用原位電化學原子力顯微鏡（EC-AFM）對鋰離子電池多種負極材料SEI膜成膜機理進行深入研究的基礎上，利用SEI膜成膜電位比金屬鋰沉積電位更正的特點，設計了兩步法研究鋰枝晶的實時原位觀察實驗。研究者可通過利用EC-AFM實時研究以碳酸乙烯酯（EC）和氟代碳酸乙烯酯（FEC）為基礎電解液的SEI膜的生長過程，並在此基礎上進行原位鋰枝晶的生長觀察，通過對這兩種電解液所形成的SEI膜的楊氏模量、CV圖譜及EIS阻抗譜分析，結合XPS光譜分析，研究者發現FEC電解液所形成的SEI膜中含有較多的LiF無機鹽，由於LiF具有較好的硬度和穩定性，使得SEI膜具有較高強度，能夠有效抑制鋰枝晶生長。