面向固态离子导体防止锂金属电池枝晶形成的普适化学-力学设计准则
材料科学
2020-07-07 v1
摘要
锂金属电池充电时电沉积过程中的枝晶形成会损害其安全性。尽管高剪切模量固态离子导体（SICs）已被优先用于解决导致枝晶扩展与电池短路的压力驱动不稳定性，但目前尚不清楚是需要这些还是其他替代材料来引导本征密度驱动的均匀锂电沉积。在此，我们表明 SICs 可在普适化学-力学范式内设计，以获得压力驱动阻枝晶或密度驱动抑枝晶特性，但二者不可兼得。这种二分性反映了 SICs 的力学性质与 Li+ 偏摩尔体积相对于锂负极的性质在电镀结果上的竞争影响。在此范式内，我们探索了 SICs 此前未被认识的抑枝晶区间：其同时具有柔软性（典型如聚合物电解质），但具有反常低的 Li+ 偏摩尔体积，更类似硬陶瓷。同步辐射硬 X 射线显微断层扫描显示，由这些 SICs 介导的锂电镀是均匀的。因此，即便与薄锂负极和高电压 NMC-622 正极组装，其中 20% 的锂库存被可逆循环，电池循环寿命也得以延长。
引用
@article{arxiv.1901.04910,
title = {Universal Chemomechanical Design Rules for Solid-Ion Conductors to Prevent Dendrite Formation in Lithium Metal Batteries},
author = {Chengyin Fu and Victor Venturi and Zeeshan Ahmad and Andrew W. Ells and Venkatasubramanian Viswanathan and Brett A. Helms},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.04910},
year = {2020}
}