리튬 덴드라이트 형성 메커니즘 및 방지

수지상 리튬은 단순히 흑연에 포함된 리튬의 양이 허용치를 초과할 때 과도한 리튬 이온이 음극에서 나오는 전자와 결합하여 음극 표면에 증착되기 시작한다는 것을 의미합니다. 배터리를 재충전하는 과정에서 외부 세계의 전압과 내부 리튬 이온 음극 물질이 전해질 매체로 나오며, 외부 세계와 탄소층 사이의 전압 차이 조건 하에서 리튬 이온의 전해질도 이동합니다. 흑연은 층상 채널이기 때문에 리튬 리튬이 탄소와 함께 채널에 들어가 탄소 화합물을 형성하고 LiCx(x=1~6) 흑연 층간 화합물이 형성됩니다. 리튬 전지의 양극에서 일어나는 전기화학적 반응은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

이 공식에는 하나의 매개변수인 그림이 있으며 두 개를 그림으로 더하면 수지상 리튬이 됩니다. 여기에는 모두에게 친숙한 흑연 층간 화합물이라는 개념이 있습니다. 흑연 층간 화합물(줄여서 GIC)은 흑연 층 구조를 유지하면서 탄소의 육각 네트워크 평면과 결합하기 위해 물리적 또는 화학적 수단에 의해 비탄소계 반응물이 흑연 층에 삽입된 결정질 화합물입니다.

기능:

수지상 리튬은 일반적으로 격막과 음극의 접촉 위치에 증착됩니다. 배터리 분해 경험이 있는 학생은 종종 다이어프램에서 회색 재료 층을 발견해야 합니다. 네, 바로 리튬입니다. 수지상 리튬은 리튬 이온이 전자를 받아 형성된 리튬 금속입니다. 리튬 금속은 더 이상 리튬 이온을 형성하여 배터리의 충방전 반응에 참여할 수 없어 배터리 용량이 감소합니다. 수지상 리튬은 음극 표면에서 격막을 향해 성장합니다. 리튬 금속이 지속적으로 증착되면 결국 다이어프램을 뚫고 배터리 단락이 발생하여 배터리 안전 문제가 발생합니다.

영향을 미치는 요인 :

덴드라이트 리튬의 형성에 영향을 미치는 주요 요인은 양극 표면의 거칠기, 리튬 이온의 농도 구배 및 전류 밀도 등입니다. 또한 SEI 필름, 전해질 유형, 용질 농도 및 양극 사이의 유효 거리 음극은 모두 수지상 리튬의 형성에 일정한 영향을 미칩니다.

1. 음의 표면 거칠기

음극 표면의 거칠기는 덴드라이트 리튬의 형성에 영향을 미치며, 표면이 거칠수록 덴드라이트 리튬의 형성에 더 도움이 됩니다. 덴드라이트 리튬의 형성은 전기화학, 결정학, 열역학 및 동역학을 포함한 XNUMX가지 주요 내용을 포함하며 David R. Ely의 기사에 자세히 설명되어 있습니다.

2. 리튬 이온 농도의 기울기 및 분포

리튬 이온은 양극 물질에서 빠져나온 후 전해질과 막을 통과하여 음극에서 전자를 받습니다. 충전 과정에서 양극의 리튬 이온 농도는 점차 증가하지만 음극의 리튬 이온 농도는 전자의 지속적인 수용으로 인해 감소합니다. 전류 밀도가 높은 묽은 용액에서 이온 농도는 0이 됩니다. Chazalviel과 Chazalviel에 의해 수립된 모델은 이온 농도가 XNUMX으로 감소할 때 음극이 국소 공간 전하를 형성하고 덴드라이트 구조를 형성함을 보여줍니다. 덴드라이트 구조의 성장 속도는 전해질의 이온 이동 속도와 동일합니다.

3. 전류 밀도

Lithium/Polymer Systems의 Dendrite Growth라는 기사에서 저자는 Dendrite Lithium 팁의 성장 속도가 다음 방정식과 같이 전류 밀도와 밀접하게 관련되어 있다고 생각합니다.

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전류 밀도가 감소하면 아래 그림과 같이 덴드라이트 리튬의 성장이 어느 정도 지연될 수 있습니다.

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피하는 법 :

수지상 리튬의 형성 메커니즘은 아직 명확하지만 리튬 금속의 다양한 성장 모델이 있습니다. 수지상 리튬의 형성 및 영향 요인에 따라 다음과 같은 측면에서 수지상 리튬의 형성을 피할 수 있습니다.

1. 음극재의 표면 평탄도를 조절한다.

2. 음의 입자의 크기는 임계 열역학적 반경보다 작아야 합니다.

3. 전착의 젖음성을 제어합니다.

4. 전기도금 전위를 임계값 이하로 제한하십시오. 또한 기존의 충전 및 방전 메커니즘을 개선할 수 있습니다. 예를 들어 펄스 모드를 고려할 수 있습니다.

5. 음극-전해질 계면을 안정화시키는 전해질 첨가제 첨가