リチウムデンドライトの生成メカニズムと防止

デンドライトリチウムとは、グラファイトに埋め込まれたリチウムの量が許容範囲を超えると、過剰なリチウムイオンが負極からの電子と結合して負極の表面に堆積し始めることを意味します。電池を充電する過程で、外界からの電圧と内部のリチウムイオンアノード材料が電解質媒体に出現し、外界と炭素層との電圧差の条件下でもリチウムイオンの電解質が移動します、グラファイトは層状チャネルであるため、リチウムリチウムは炭素とともにチャネルに入り、炭素化合物を形成します。LiCx（x = 1〜6）グラファイト層間化合物が形成されます。リチウム電池のアノードでの電気化学反応は、次のように表すことができます。

この式では、XNUMXつのパラメーター、画像があり、XNUMXつを合計すると、デンドライトリチウムが得られます。ここには、誰もがよく知っている、グラファイト層間化合物という概念があります。グラファイトラメラ間化合物（略してGIC）は、非炭素質反応物が物理的または化学的手段によってグラファイト層に挿入され、グラファイトラメラ構造を維持しながら炭素の六角形ネットワーク面と結合する結晶性化合物です。

特徴：

デンドライトリチウムは、通常、ダイヤフラムと負極の接触位置に堆積します。電池の分解の経験がある学生は、横隔膜に灰色の材料の層を見つけることがよくあります。はい、それはリチウムです。デンドライトリチウムは、リチウムイオンが電子を受け取った後に形成されるリチウム金属です。リチウム金属は、リチウムイオンを形成してバッテリーの充電および放電反応に関与できなくなり、バッテリー容量が減少します。デンドライトリチウムは、負極の表面からダイアフラムに向かって成長します。リチウム金属が継続的に堆積すると、最終的にダイヤフラムを貫通してバッテリーの短絡を引き起こし、バッテリーの安全性の問題を引き起こします。

影響する要素：

デンドライトリチウムの形成に影響を与える主な要因は、アノード表面の粗さ、リチウムイオンの濃度勾配、電流密度などです。さらに、SEIフィルム、電解質の種類、溶質濃度、およびポジ間の有効距離負極はすべて、デンドライトリチウムの形成に一定の影響を及ぼします。

1.負の表面粗さ

負極表面の粗さはデンドライトリチウムの形成に影響を及ぼし、表面が粗いほど、デンドライトリチウムの形成を助長します。デンドライトリチウムの形成には、電気化学、結晶学、熱力学、反応速度論を含むXNUMXつの主要な内容が含まれます。これらの内容については、David R.Elyの記事で詳しく説明されています。

2.リチウムイオン濃度の勾配と分布

リチウムイオンは、正極材料から脱出した後、電解質と膜を通過して負極で電子を受け取ります。充電プロセス中、正極のリチウムイオン濃度は徐々に増加しますが、負極のリチウムイオン濃度は電子の継続的な受容により減少します。電流密度の高い希薄溶液では、イオン濃度はゼロになります。 ChazalvielとChazalvielによって確立されたモデルは、イオン濃度が0に減少すると、負極が局所的な空間電荷を形成し、デンドライト構造を形成することを示しています。デンドライト構造の成長速度は、電解質中のイオン移動速度の成長速度と同じです。

3.電流密度

リチウム/ポリマーシステムでのデンドライトの成長に関する記事で、著者は、次の式に示すように、デンドライトリチウムの先端の成長速度が電流密度に密接に関連していると考えています。

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下の図に示すように、電流密度を下げると、デンドライトリチウムの成長がある程度遅れる可能性があります。

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避ける方法：

デンドライトリチウムの形成メカニズムはまだ明らかですが、リチウム金属にはさまざまな成長モデルがあります。デンドライトリチウムの形成および影響因子によれば、デンドライトリチウムの形成は、以下の側面から回避することができる。

1.アノード材料の表面平坦度を制御します。

2.負の粒子のサイズは、臨界熱力学的半径よりも小さくする必要があります。

3.電着の湿潤性を制御します。

4.電気めっき電位を臨界値未満に制限します。さらに、従来の充電および放電メカニズムを改善することができ、例えば、パルスモードを考慮することができる。

5.負の電解質界面を安定させる電解質添加剤を追加します