在長期迴圈充放電中,鋰枝晶的形成是我們日常生活中所使用的鋰電池避免不了環節之一,限制了其在眾多場合的應用。
一、控制電極塗布後的平整度
平整度越高,鋰枝晶形成概率越小。
二、負極顆粒尺寸小於臨界熱力學半徑
鋰枝晶形成必須克服熱力學臨界半徑,才能有足夠的能量形核;單個晶核必須大於動力學臨界半徑才能夠生長,否則該晶核就緩慢消失。
在鋰枝晶生長過程形成鋰核,存在一熱力學臨界半徑raq 與動力學臨界半徑rk:
式中,為鋰-電解質介面的表面能,Ω為鋰的摩爾體積,z為電荷數,F為法拉第常數,Gf 為摩爾體積轉化自由能。
三、向電解液中添加改性劑
改性劑在負極表面分解、聚合或吸附,作為反應物參與SEI膜的生成以改變SEI 膜的組成與結構,修飾SEI的物理化學性能,另外也可以做為活性劑改變鋰負極表面的反應活性,調節鋰沉積過程中的電流分佈,均勻鋰沉積。添加劑在電解液中甚至有ppm水準就可以起到改善鋰沉積形貌和迴圈效率的效果。
四、使用凝膠/固體電解質
固態電解質(無機陶瓷)有較高的模量,可以阻止鋰枝晶的生長和蔓延,鋰枝晶很難穿刺電解質使正負極直接接觸,安全性得以顯著提高,因而才會有固態鋰電池的出現。
五、設立高強度負極表面保護層
高模量的無機陶瓷,與負極的接觸性較差,很容易導致接觸不良,介面電阻過大,所以在一定程度上能減少負極與電解液的反應,不過在選擇無機陶瓷材料時,必須在高模量和表面接觸之間取得一個平衡。