Los problemas de dendrita de litio afectan el desarrollo de la batería de litio, pueden reducir rápidamente el rendimiento de la batería

El metal de litio tiene una capacidad específica de hasta 3860 MAH / gy un potencial de reducción de oxidación tan bajo como 3,04 V (electrodo de hidrógeno estándar relativo). Por lo tanto, el metal de litio recargable La batería se convierte en el más potencial del sistema de batería recargable secundaria de alta energía. Pero los problemas de dendrita de litio afectan el desarrollo de las baterías de litio, la dendrita de litio del crecimiento descontrolado puede degradar el rendimiento de la batería rápidamente, acortar la vida útil de la batería, incluso perforada, la membrana entre los electrodos causa problemas de seguridad como el cortocircuito de la batería .

Por lo tanto, cómo en una gran densidad de corriente, gran densidad de energía, condiciones de ciclo largo, lograr la inhibición efectiva sobre el crecimiento de dendrita de litio se convierte en el problema clave. Debido a esto, el instituto de investigación de tecnología industrial de Japón, el Dr. Bai Songyan Dr. Sun Yang y el profesor universitario de Nanjing Zhou Haoshen, desarrollaron un nuevo tipo de MOF, electrolito, que puede inhibir el crecimiento de dendrita de litio de alta capacidad actual.

La investigación destaca:

1. Electrolitos basados en MOF en la gran densidad de corriente, gran densidad de energía, ciclo largo, logran la inhibición efectiva sobre el crecimiento de dendrita de litio.

2. A través del cálculo, demostró que la estructura de MOF TFSI? Ion de regulación eficaz y realizar un transporte uniforme de iones de Li +.

La figura de TOC

Electrolitos basados en MOF es el uso de una estructura de poros superfina ordenada de MOF (HKUST) como tamiz iónico, en el electrolito ordinario mlitfsidol / DME (1) para implementar una regulación efectiva del transporte de iones de Yin y Yang, y demostrar un alto coeficiente de migración de iones y una alta conductividad iónica . En relación con el ion de Yin y Yang en el desorden de la transmisión hidráulica eléctrica ordinaria y causa depósitos de litio desiguales, la estructura MOF puede proporcionar canales de iones eficientes, TFSI lento selectivo? Los iones positivos a través de él, para lograr un efecto uniforme de transporte de iones de litio, realizan los depósitos de litio homogéneos.

La figura 1 inhibió el crecimiento de la dendrita de litio.

Para ilustrar el mecanismo del canal MOF del trabajo de transporte de iones de Yin y Yang, los investigadores realizaron una serie de cálculos teóricos. Con el cálculo de la teoría funcional de la densidad (DFT) en dos casos extremos, ¿TFSI? Iones positivos en un caso horizontal (Path - I) o vertical (Path - II) por canal MOF de barreras de energía. El marco MOF, las condiciones rígidas o de relajación entre ellos (F y F ') a la diferencia de base es de 1,26 EV y 0,63 EV, respectivamente. El cálculo relacionado ilustra las limitaciones de espacio del canal MOF en TFSI. Los iones positivos en la transmisión del canal tuvieron un efecto de retardo selectivo.

Figura 2 Cálculos de DFT TFSI? En MOF agujeros en la transmisión de barreras de energía

Los resultados de la simulación de dinámica molecular (MD) demuestran que la estructura MOF puede pasar al TFSI? Regulación aniónica eficaz para lograr un transporte uniforme de iones Li +. En el mlitfsidol / DME electrohidráulico ordinario (1), el proceso de solvatación, TFSI? El desplazamiento aniónico de todo azimut es más rápido que la solvatación de los iones Li +. En electrolitos basados en MOF, ¿el canal MOF retrasa TFSI? El anión que lo atraviesa, hace que los iones Li + tengan un cambio de azimut que se propague más rápido.

Figura 3 li + y TFSI en electrolitos ordinarios basados en DOL / DME y MOF en la simulación de dinámica molecular

En relación con el ion de Yin y Yang en el desorden de la transmisión hidráulica eléctrica ordinaria y causa depósitos de litio desiguales, la estructura MOF puede proporcionar canales de iones eficientes, retraso selectivo TFSI Los iones positivos a través de él, para lograr un efecto uniforme de transporte de iones de litio, realizan los depósitos de litio homogéneos.

Prueba de batería simétrica respectivamente en la gran densidad de corriente (5 ma / cm2, ma / cm2) 10 ma / cm2 y 10 casos, su correspondiente a la densidad de energía de MAH / cm2 (2.5 MAH / cm2, 5 y 10 MAH / cm2) La batería simétrica puede estar en un ciclo de tiempo largo, al menos no se han producido signos evidentes de cortocircuito en más de 800 horas.

Figura 4 electrolitos basados en mof en rendimiento de batería simétrico

A través de la observación SEM, el crecimiento de la dendrita de litio después del ciclo del ánodo de metal de litio. Usando batería de electrolito simétrica tradicional, en 10 MAH / cm2 y bajo la condición de 10 MAH / cm2, baterías en 120 horas después de un cortocircuito. El crecimiento de la superficie del ánodo de metal de litio de un gran número de diafragma perforado dendrita de litio de hasta 10 micrones causa un cortocircuito. Pero en el uso de la batería de electrolito de base MOF, la dendrita de litio obviamente inhibió el crecimiento de la situación. En tres grandes densidades de corriente bajo la condición de los casos, no hubo un crecimiento obvio de dendrita de litio.

Figura 5 La morfología de la superficie del electrodo de metal de litio cambia con diferentes densidades de corriente

El titanato de litio utilizado como materiales de electrodo, verificado en condiciones de alta corriente, utiliza el electrolito base MOF de la batería de litio, también puede mostrar la estabilidad del rendimiento de ciclo largo. En densidad de corriente alcanza 7 ma / cm2, titanato de litio - batería de litio después del bucle 2000 veces, solo pérdida de capacidad de 7 MAH / cm2. Tasa de pérdida de capacidad de cada vuelta tan baja como 0,0025%.

Figura 6 electrolitos basados en mof en baterías de litio, prueba de rendimiento electroquímico

En una palabra, el estudio informó por primera vez que el papel de los electrolitos basados en MOF en la protección del cátodo de litio tiene una importancia importante para el desarrollo posterior de la batería de litio. Además, el estudio también muestra la estructura de poros ultramicro MOF de sus posibles aplicaciones en el sistema de baterías.

BaiS, SunY, YiJ, etal.High-PowerLi-MetalAnodeEnabledbyMetal-OrganicFrameworkModifiedElectrolyte [J] .Joule, 2018.

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