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2020年09月23日 | UWO团队揭示全固态锂电池预成核剂的相演化过程
2020-09-23
西安大略大学Xueliang Sun教授带领的团队和多伦多大学的Chandra Veer Singh教授，阐明预成核剂在运行的全固态锂电池（ASSLB）电池中的相演化过程。
据外媒报道，西安大略大学Xueliang Sun教授带领的团队和多伦多大学的Chandra Veer Singh教授，提出一种预成核剂（MoS2），通过控制锂成核和沉积过程，在高电流密度下抑制锂枝晶生长。此外，还阐明了预成核剂在运行的全固态锂电池（ASSLB）电池中的相演化过程。
MoS2演化和Li沉积过程示意图
固体聚合物电解质具有灵活性高、易于制备、成本／密度低和电化学／化学稳定性高等优点，在ASSLB电池中具有广阔的应用前景。然而，在高电流密度下，锂成核和生长不均会导致锂枝晶不良生长，严重阻碍高速率ASSLB电池的发展。
研究人员表示，在运行中的ASSLB电池中，锂预成核剂（MoS2）经过相演化，形成高度活跃的成核剂（Mo），其中钼可以促进锂快速成核，抑制锂枝晶生长。在镀锂过程中，锂与钼表现出很强的亲和力，导致锂快速成核并选择性地沉积在比表面积较大的钼表面上，降低局部电流密度。此外，锂原子在钼（110）表面快速扩散，促进锂均匀沉积，限制锂枝晶的生长。由于局部电流密度降低，以及锂枝晶生长受限，使用MoS2预成核剂的锂锂对称电池具有优异的电化学性能，在1 mA cm－2／1 mAh cm－2时可实现高达1000小时的循环寿命，在0．5 mA cm－2／2 mAh cm－2时循环寿命高达780小时。
Li－LiFePO4 （LFP）全电池测试进一步证明其实际应用潜力。Li－LFP ASSLB电池在1 mA cm－2的高电流密度下，经过3000次循环，显示出78％的高容量保持能力。
ASSLB电池只有在合理的电流密度下，才有望投入实际应用。然而，在高电流密度下，锂枝晶不良生长会阻碍工作电流密度提高，这仍然是一个挑战。一般情况下，Li－Li对称电池和全电池的电流密度小于0．5 mA cm－2，无法满足ASSLB电池的实际应用要求。
结果表明，还原产物（Mo）是真正的成核剂。它具有重要的意义，可以促进锂快速成核和选择性沉积，抑制锂枝晶生长。
锂负极采用MoS2预成核剂，可以降低过电位，提升锂稳定性。在高电流密度下，使ASSLB电池表现出良好的循环稳定性。
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