效果简介

石墨已成为有用锂离子电池的首要负极材料，不过，石墨电极中不行控的镀锂仍旧是危及电池寿命和平安的首要瓶颈，这促进人们为消除镀锂而做出庞大勉力。

即日，清华大学张强教导等人系统地探索了用于平安锂离子电池的石墨电极中的镀锂规模。一方面，经历管束石墨负极中可蒙受的平匀镀锂量，电池可在更高容量下保持高平安性。另一方面，由于镀锂的平匀散布，也许消除“死锂”的存在，而且在可逆电镀/剥离历程中完成99.5%的高库伦效率。是以，由于有限的镀锂量，LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2

石墨电池具备较高的库仑效率，经历次轮回后容量保持率高达80.2%。这项劳动为进一步升高锂离子电池的快充功用、低温功用和能量密度供给了新的思绪。干系劳动以题为“TheBoundaryofLithiumPlatinginGraphiteElectrodeforSafeLithium-IonBatteries”颁发在Angew.Chem.Int.Ed.上。

图文导读

在本文中，做家采取了两种电解液，一种是老例浓度碳酸酯基电解液（.0MLiPF6-EC/DMC），在该电解液中，当变化反响的过电位低于嵌锂反响的过电位时，金属锂会在石墨表面堆积，而后造成锂枝晶；另一种是部分高浓电解液（.4MLiFSI-DMC/EC/BTFE），它的溶剂化鞘层中由大多半阴离子构成，这会在石墨表面造成以无机物种为主的SEI，获利于薄而巩固的SEI膜，额外的镀锂会平匀散布在周全石墨电极上。

石墨负极最好镀锂量的开头量化当在石墨表面上过量镀锂后，没法保持原始的SEI层。这会引发不良的副影响，囊括“死锂”的造成和焦耳热的造成，进而恶化劳动电池的平安功用。是以，有需要对石墨负极的最好镀锂量施行开头量化。如图a所示，在0V以上得到mAhg–的公道容量，对应于LiC6的造成。当电压进一步升高到0V下列时，考察到一个长平台，对应于石墨电极额外的堆积锂。是以，依照LiC6的容量（mAhg–），可断定镀锂量（LiC6+25%Li:mAhg–，LiC6+50%Li:mAhg–，LiC6+00%Li:mAhg–）。如图b所示，在石墨电极上额外堆积四分之一Li时，没有显然的状貌蜕变。但是，当堆积量增进一倍（LiC6+50%Li）时，镀锂会遮盖部份石墨颗粒。进一步，在容量增进一倍（LiC6+00%Li）后石墨会被外部镀锂所覆没。由于少数“死锂”的造成也会妨碍活性石墨材料随后的嵌入/脱出历程。是以，石墨电极可蒙受的的镀锂量应小于锂化石墨容量的50%。图石墨电极在嵌锂和镀锂历程中的状况蜕变过充状况下软包电池的平安功用进一步以实践软包电池为探索目标，探索了石墨负极过充后电池的热功用。首先将全锂化石墨阳极界说为00%荷电状况（SOC）。如图2a–c所示，具备平匀镀锂和锂枝晶的电池在25%SOC下的表面温度基真不异。但是，含锂枝晶的电池的温度在30%SOC时起头火速抬高，到达59%时造成火焰和爆炸。比拟之下，平匀镀锂的电池在较宽SOC规模（47%SOC）下可保持安稳的表面温度，其在58%SOC时的温度与45%SOC下锂枝晶电池适值相当。直到SOC到达67％，具备平匀镀锂的电池才会造成过量的热量，而后爆炸。为进一步证明平匀镀锂的优秀平安功用，在石墨电极中额外堆积25%Li后，施行针刺实习。如图2d–f所示，穿透的钉子致使电池内短路，进而释放出大批焦耳热。平匀散布的镀锂由于具备优秀的SEI层，与劳动电解液的反响活性较低，是以造成的热量较少，而锂枝晶则会毁坏SEI而造成副影响。是以，平匀镀锂电池的最高表面温度约为66℃，远低于含锂枝晶的电池（90℃）。图2具备平匀镀锂和锂枝晶电池的平安功用TOF-SIMS解析进一步经历航行光阴二次离子质谱（TOF-SIMS）解析，探索了锂元素在嵌入/脱出历程中的散布。结束显示，在部分高浓电解液中，由于石墨电极中镀锂的平匀散布无枝晶造成，是以在轮回历程中造成的“死锂”很少，这有益于长光阴轮回。但在老例电解液中，堆积的锂呈枝状，位于石墨颗粒之间，以枝晶样子涌现的镀锂在轮回历程中更偏向于造成不睬想的“死锂”。图3TOF-SIMS解析半电池和全电池的电化学功用图4a和4b显示了石墨电极的榜样恒流电压弧线，未镀锂的石墨电极的初始库仑效率（ICE）为94.6%略高于平匀镀锂的石墨电极（95.5%）。别的，平匀镀锂石墨电极的CE在首先的5个轮回中增进到99%，在随后的00个轮回中保持在99%以上（图4c）。而含有锂枝晶的石墨电极经历0次轮回后，CE尽管可高涨到99%，但很快降落到80%下列。当平匀堆积的Li量增进一倍时，80次轮回后CE裁减到98%下列，声明过量的镀锂会致使“死理”的积累，进而恶化长光阴轮回功用。进一步组装了N/P比小于的NCM

石墨电池，并探索了堆积锂在负极中的容量为锂化石墨容量的25%下列时的长轮回功用。如图4e所示，具备平匀镀锂的全电池在次轮回后的容量为.85mAhcm–2，容量保持率为80.2%，仍高于未镀锂的电池（次轮回后的容量为.74mAhcm–2）。这些结束声明，在石墨电极上平匀镀锂也许使平安锂离子电池长光阴安稳轮回。图4石墨

Li和石墨

NCM电池的电化学功用

归纳预计

综上所述，这项劳动系统地探索了平匀镀锂石墨电极的规模。结束声明，当堆积锂管束在锂化石墨总容量的25%下列时，电池也许保持平安的劳动状况，平衡CE可达99.5%。由于锂金属的平匀散布，与无序的锂枝晶和石墨电极中的少数“死锂”比拟，该电池在反复轮回历程中具备优秀的平安功用。

文件音信

TheBoundaryofLithiumPlatinginGraphiteElectrodeforSafeLithium-IonBatteries.Angew.Chem.Int.Ed..DOI:0./anie.02593

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