防止锂离子电池发生灾难性故障

在《先进能源材料》最近发表的一项研究中，VanessaPeterson教授领导的ANSTO科学家团队利用中子散射技术来了解可充电锂离子电池(LIB)中有害锂结构的形成。

尽管大多数便携式电子产品和电动汽车中都有锂离子电池，但它的能量容量仍达不到许多下一代技术的要求。尽管用纯锂金属替换这些电池中的公共电极可以帮助电池存储更多能量，但锂表面形成的锂微观结构可能会造成短路，并导致灾难性的电池故障。

彼得森说：“了解这些有害的锂结构如何以及为何形成，以防止它们形成，并最终使我们能够使用这些类型的高能电池，这一点非常重要。”

据了解，拆解后的电池中存在不同类型的结构，“晶须”、“苔藓”和“枝晶”。晶须类似于细小的针，苔藓看起来像多孔层，树突是又长又薄的结构，正是这些“尖”的结构造成了最大的麻烦。

“我们使用小角度和超小角度中子散射(SANS和USANS)技术以及澳大利亚中子散射中心的Quokka和Kookaburra仪器来研究这些复杂的锂结构，”彼得森说。

她解释说，这些方法很有洞察力，因为它们无需拆开电池即可提供有关电池内部锂结构的尺寸和形状的信息。由于电池包含许多组件，因此从这些不同的部分收集SANS和USANS数据，以便仅在数据中隔离来自锂的信息。

“这些信息帮助我们设计了一种对称的软包电池，非常适合研究沉积在其中的锂的变化。”

与X射线成像、显微镜或气体吸附等其他方法相比，研究人员使用SANS和USANS提供了一种精确且不太复杂的方法来分析沉积锂的结构。

研究还表明，SANS和USANS对由于锂沉积而导致的锂和电解质之间界面的形成很敏感。

彼得森根据测量获得的数据，使用数学模型来量化表面积和这些界面之间的平均距离。

彼得森说：“我们观察到，沉积的锂的表面积和界面距离会根据电池的使用历史以复杂的方式发生变化。”

“这项研究为未来的研究打开了大门，探索电流量、充电时间以及锂沉积和溶解的循环过程等因素如何影响沉积锂内的表面积和界面之间的距离。

“了解这些因素对于解决LMB技术中锂枝晶生长相关的挑战至关重要，”她说。

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