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把锂“关”进笼子里:CNT@SiO2微球结构控制锂沉积行为

在导致锂离子电池发生内短路的因素中,锂枝晶是最为常见也是最为危险的因素。锂离子电池在低温充电或者大倍率充电时由于负极的动力学条件较差,非常容易引起电极表面锂沉积不均匀导致“枝晶”(dendrites)生长,使得电池的充放电效率降低,甚至电池内部出现短路,从而引发电池故障或安全隐患。学者们都在试图找到解决方案。日前,中科院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室的研究员郭玉国研究团队提出采用一种微球(microspheres)结构捕获锂,从而限制锂沉积和抑制枝晶生长(dendrite growth)。
  
把锂“关”进笼子里:CNT@SiO2微球结构控制锂沉积行为

图 碳纳米管和多孔二氧化硅复合而成的微球结构

郭玉国团队制备的微球为碳纳米管和多孔二氧化硅保护层的复合材料,实验证明这种结构的复合材料对于控制锂沉积行为是十分有效的。由于枝晶生长受到抑制,所以在经过200多次充放电后,电极仍能保持99%的高电镀/剥离效率,这不仅有助于延长锂电池的寿命,也可有效提高安全性。此外,绝缘涂层还可防止电子集中流动并减少形成“热点”的可能性。

此前在解决锂电池这一安全问题时,业内多采用的是电解液添加剂、稳定的界面以及修饰电极等多种方式,此研究为锂金属电极的设计提供了新的思路。相关研究结果发表在Nano Letters(Nano Lett, 2017, 影响因子IF=12.712)上。 

论文链接:http://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.7b04136

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