中国研究人员开发新型锂硅阳极 提高ASSB性能并降低故障风险

采用固体电极和固体电解质的全固态电池（ASSB）已成为越来越多研究的焦点。这是因为ASSB在安全性和功率密度方面都显著优于采用液体或聚合物电解质的电池。最具前景的ASSB固体材料组合之一是硫化物固体电解质和锂（Li）金属阳极。然而，在运行过程中，由于枝晶的生长和界面化学反应，锂金属阳极会迅速失去其容量并停止正常工作。据外媒报道，中国科学院（Chinese Academy of Sciences）天目湖先进储能技术研究院（Tianmu Lake Institute of Advanced Energy Storage Technologies）和中国其他机构的研究人员近日宣布开发出新型锂硅阳极，可以抑制锂枝晶的生长，从而长期稳定电池循环，进而提高ASSB的性能，降低其故障风险。相关论文已发表于期刊《Nature Energy》。 图片来源：期刊《Nature Energy》Wenlin Yan、Zhenliang Mu及其同事在论文中写道：“采用锂金属阳极或硅阳极的ASSB是实现高能量密度和提高安全性的潜在电池替代物，但它们分别存在不良锂枝晶生长或巨大体积膨胀的问题。”研究人员合成了一种硬碳稳定的锂硅合金阳极，其中硅的烧结导致微米颗粒转变为致密连续体。由可塑性变形的富锂相（Li15Si4和LiC6）组成的3D离子电子导电网络，可扩大在阳极中形成的活性面积并缓解应力集中，从而改善电极动力学和机械稳定性。通过含硅薄膜和锂箔之间的简单压力诱导反应，研究人员制造出新阳极。然后通过一系列模拟和实验测试了其性能，将它们集成到分别具有两种不同阴极以及基于Li6PS5Cl的电解质的电池中。Yan和Mu及其同事写道：“通过硬碳稳定的Li-Si阳极，使用LiCoO2或LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2阴极和Li6PS5Cl电解质的全电池实现了良好的倍率性能和循环稳定性。特别的是，采用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2的ASSB在5.86?mAh?cm?2的高负载下可在1?C（5.86?mA?cm?2）下实现5,000次循环，展示了使用硬碳稳定Li-Si用于ASSB实际应用的合金阳极的潜力。”在最初的测试中，该研究小组制造的碳稳定锂硅阳极似乎表现良好，有效抑制了枝晶的生长并提高了ASSB的电流密度。与过去推出的其他固体材料阳极相比，它也更稳定并获得更好的电化学性能。未来，这项最新研究及其引入的新型阳极可能会激发其他有前途且高性能的ASSB组件的开发。总的来说，这些研究工作可能有助于ASSB的商业化，从而对电动汽车和其他尖端技术的大规模部署产生重要影响。