Le lithium dendrite signifie simplement que lorsque la quantité de lithium incorporée dans le graphite dépasse sa tolérance, les ions lithium en excès se combinent avec les électrons provenant de l’électrode négative et commencent à se déposer à la surface de l’électrode négative. Dans le processus de recharge de la batterie, une tension du monde extérieur et les matériaux d’anode interne au lithium-ion pour émerger dans le milieu électrolytique, l’électrolyte du lithium-ion également sous la condition de la différence de tension entre le monde extérieur et la couche de carbone se déplace , parce que le graphite est un canal en couches, le lithium lithium entrera dans le canal avec du carbone pour former des composés de carbone, des composés interlaminaires de graphite LiCx (x = 1 ~ 6). La réaction électrochimique sur l’anode de la batterie au lithium peut être exprimée comme suit :

Dans cette formule, vous avez un paramètre, l’image, et si vous ajoutez les deux ensemble l’image, vous obtenez du lithium dendrite. Il y a ici un concept que tout le monde connaît, les composés interlaminaires en graphite. Les composés interlamellaires de graphite (GIC en abrégé) sont des composés cristallins dans lesquels des réactifs non carbonés sont insérés dans des couches de graphite par des moyens physiques ou chimiques pour se combiner avec des plans de réseau hexagonaux de carbone tout en maintenant la structure lamellaire de graphite.

Caractéristiques :

Le lithium dendritique est généralement déposé sur la position de contact du diaphragme et du pôle négatif. Les étudiants qui ont de l’expérience dans le démantèlement des batteries devraient souvent trouver une couche de matériau gris sur le diaphragme. Oui, c’est du lithium. Le lithium dendrite est du lithium métal formé après que l’ion lithium reçoit un électron. Le lithium métal ne peut plus former de lithium-ion pour participer à la réaction de charge et de décharge de la batterie, ce qui entraîne une réduction de la capacité de la batterie. Le lithium dendrite croît de la surface de l’électrode négative vers le diaphragme. Si du lithium métal est déposé en continu, il finira par percer le diaphragme et provoquer un court-circuit de la batterie, provoquant des problèmes de sécurité de la batterie.

Facteurs qui influencent:

Les principaux facteurs affectant la formation de dendrite au lithium sont la rugosité de la surface de l’anode, le gradient de concentration en ions lithium et la densité de courant, etc. De plus, le film SEI, le type d’électrolyte, la concentration en soluté et la distance effective entre le positif et les électrodes négatives ont toutes une certaine influence sur la formation du lithium dendritique.

1. Rugosité de surface négative

La rugosité de la surface de l’électrode négative affecte la formation de lithium dendrite, et plus la surface est rugueuse, plus elle est propice à la formation de lithium dendrite. La formation du lithium dendritique implique quatre contenus majeurs, dont l’électrochimie, la cristallisation, la thermodynamique et la cinétique, qui sont décrits en détail dans l’article de David R. Ely.

2. Gradient et distribution de la concentration en ions lithium

Après s’être échappés du matériau positif, les ions lithium traversent l’électrolyte et la membrane pour recevoir des électrons au niveau de l’électrode négative. Pendant le processus de charge, la concentration d’ions lithium dans l’électrode positive augmente progressivement, tandis que la concentration d’ions lithium dans l’électrode négative diminue en raison de l’acceptation continue des électrons. Dans une solution diluée à haute densité de courant, la concentration en ions devient nulle. Le modèle établi par Chazalviel et Chazalviel montre que lorsque la concentration en ions est réduite à 0, l’électrode négative formera une charge d’espace locale et formera une structure dendritique. Le taux de croissance de la structure dendritique est le même que celui du taux de migration des ions dans l’électrolyte.

3. Densité de courant

Dans l’article Dendrite Growth in Lithium/Polymer Systems, l’auteur estime que le taux de croissance de la pointe de Dendrite Lithium est étroitement lié à la densité de courant, comme le montre l’équation suivante :

L’image

Si la densité de courant est réduite, la croissance du lithium dendritique peut être retardée dans une certaine mesure, comme le montre la figure ci-dessous :

L’image

Comment éviter:

Le mécanisme de formation du lithium dendritique est encore clair, mais il existe différents modèles de croissance du lithium métal. Selon la formation et les facteurs d’influence du lithium dendrite, la formation de lithium dendrite peut être évitée sous les aspects suivants :

1. Contrôlez la planéité de la surface du matériau de l’anode.

2. La taille des particules négatives doit être inférieure au rayon thermodynamique critique.

3. Contrôler la mouillabilité de l’électrodéposition.

4. Limitez le potentiel de galvanoplastie en dessous de la valeur critique. De plus, le mécanisme traditionnel de charge et de décharge peut être amélioré, par exemple, le mode impulsionnel peut être envisagé.

5. Ajouter des additifs électrolytiques qui stabilisent l’interface électrolyte négatif

6. Remplacez l’électrolyte liquide par un gel/électrolyte solide à haute résistance

7. Établir la couche de protection de surface de l’anode au lithium à haute résistance

Enfin, deux questions sont laissées en discussion à la fin de l’article :

1. Où est la réaction électrochimique des ions lithium ? L’un est que les ions lithium sur la surface de la réaction électrochimique du graphite après transfert de masse solide, pour atteindre l’état de saturation. Deuxièmement, les ions lithium migrent dans les couches de graphite à travers les joints de grains des microcristaux de graphite et réagissent dans le graphite.

2. Les ions lithium réagissent-ils avec le graphite pour former un composé lithium-carbone et une dendrite de lithium de manière synchrone ou séquentielle ?

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