基于纳米骨架和人工隔膜形貌优化下固态电池锂枝晶生长的相场法研究

编号：NMJS09498

篇名：基于纳米骨架和人工隔膜形貌优化下固态电池锂枝晶生长的相场法研究

作者：包文彬；龚国庆

关键词： 固态电池; 锂枝晶; 相场法; 纳米骨架; 人工隔膜;

机构： 北京信息科技大学

摘要： 锂枝晶的生长在锂金属电池中普遍存在，该现象严重影响到了电池的使用寿命、效率和安全性。近年来，固态电池由于自身安全性高，循环稳定性高，能量密度大，循环寿命长等特点，成为新能源电池领域的主要研究对象。相较于液态电池，固态电池凭借固态电解质较高的机械强度特点，可以有效地抑制锂枝晶的生长，但是仍然难以做到完全抑制。本文针对固态电池中锂枝晶的生长问题，基于力-热-电化学相耦合的相场模型，研究了不同形貌的纳米骨架和人工隔膜对锂枝晶的抑制情况。结果显示，粗糙度均匀且规则的纳米骨架可以有效抑制锂枝晶生长。在本文构建的纳米管和分级结构纳米骨架中，锂枝晶高度分别降低了16.62％及21.04％，但随着不均匀程度的增大，这种抑制效果会衰减；增加人工隔膜的厚度或减小其孔隙都能更有效的抑制枝晶的生长，当孔隙相同时，随着人工隔膜厚度的增大，其对锂枝晶的抑制效果更加显著。同时，本文构建的“瓦片”状截面的人工隔膜相比于传统的矩形截面使锂枝晶的高度降低了12.75％。