十八所丁飞使用金属锂作为负极材料

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1、2013中国锂电池正、负极材料技术与市场发展论坛基于自愈合静电壳层理论的锂电极无枝晶沉积研究Dendrite-FreeLithiumDepositionviaSelf-HealingElectrostaticShieldMechanism丁飞中国电子科技集团公司第十八研究所天津2013/3/25中国电子科技集团公司第十八研究所中国电子科技集团公司第十八研究所金属锂电极研究现状目前已知比能量最高的固体材料3860mAh/g，-3.04VLi-S、Li-Air中理想的负极材料电池安全问锂枝晶Li电极存在

2、题的问题电池容量快循环效率低速衰减中国电子科技集团公司第十八研究所1锂枝晶出现的根源锂生基体的不均匀性长过程中离子扩散的不均匀的不性均匀生长过程中SEI膜性的局部破裂在物理学上，这种不均匀性是无法中国电子科技集团公司第十八研究所决定避免的。锂枝晶的快速生长浓度不均枝晶加速Root产生匀性生长JohnNewman,ECS,150(10),A1377-A1384(2003).中国电子科技集团公司第十八研究所2以往各种技术主要建立于界面SEI改性理论•更均匀SEI膜，减少枝晶的生产研究更均匀、更具强度的S

3、EI膜路线最终不能避免枝晶生成•高强度SEI膜，抑制枝晶生长SEI膜没有提出理论上可信赖的途径——没有解决热力学的必然性，没有改变枝晶快速生长的动力学D.Aurbachetal./SolidStateIonics148(2002)405–416中国电子科技集团公司第十八研究所自愈合静电壳层（SHES）机制理论模型Self-HealingElectrostaticShieldMechanism一个不同于SEI膜理论的全新机制SHES机制改变了枝晶生长过程，在理论过程上可以避免锂枝晶生成中国电子科技集团

4、公司第十八研究所3SHES机制实现的前提——金属锂沉积时依然稳定的阳离子Cs+Rb+K+Standreductionpotential-3.026V-2.980V-2.931VRealreductionpotential-3.103V-3.06V-3.01VWhenitis0.05MRealreductionpotential-3.144V-3.098V-3.049VWhenitis0.01M中国电子科技集团公司第十八研究所SHES机制实现的前提可以满足-0.03-2-0.04-0.05~-100m

5、V-0.06Currentdensity/mAcm-0.07-0.08-0.6-0.4-0.20.00.20.40.60.81.0Potential/Vvs.LiCs+的真实稳定电位中国电子科技集团公司第十八研究所4SHES机制作用的实验验证SEMimagesofthemorphologiesofLifilmsdepositedinelectrolyteof1MLiPF6/PCwithCsPF6concentrationsof:(a)0M,(b)0.001M,(c)0.005M,(d)0.01M,a

6、nd(e)0.05M,atacurrentdensityof0.1mAcm-2中国电子科技集团公司第十八研究所SHES机制作用的实验验证EffectofCs+cationonthesmoothnessoflithiumdepositionondendriticsurface.SEMimagesoflithiumdepositionof1hrinthecontrolelectrolyte(a)andthen14hrinCs+addedelectrolyte(b).中国电子科技集团公司第十八研究所5对S

7、HES的过程的确认ICP测试没有发现CsCs离子没有沉积进入本体或SEI膜SEI成分没有变中国电子科技集团公司第十八研究所对SHES的过程的确认SEI膜结构没有变化中国电子科技集团公司第十八研究所6对SHES的过程的确认SEI膜结构没有变化实验结果是无法用SEI膜理论解释的中国电子科技集团公司第十八研究所对SHES的过程的确认(a)(b)080withoutadditive-2withadditive-5-20.060-0.1-10-0.2-0.340-15Currentdensity/mAcm-

8、0.4-0.10-0.08-0.06-0.04-0.020.00+Potential/Vvs.Li/Li-2020Currentdensity/mAcmInterfaceimpedance/withoutadditive-25withadditive0-0.5-0.4-0.3-0.2-0.10.00-100-200-300-400-500++Potential/Vvs.Li/LiPotential/Vvs.Li/Li出现了典型的吸附现象中国电子科技集团公司第十八研究所