金屬的無(wú)定形程度越高,其在電池中的電化學(xué)性能就越好。但是,電池行業(yè)的代名詞鋰主要以晶體形式出現(xiàn)-導(dǎo)致其在鋰離子電池中的行為存在許多問(wèn)題。

非晶態(tài)金屬的生產(chǎn)特別具有挑戰(zhàn)性。然而,一組電池材料研究人員最近發(fā)現(xiàn)了一種在電池中制造非晶金屬(包括鋰)的方法,這或多或少是出于偶然。來(lái)自愛(ài)達(dá)荷國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和圣地亞哥大學(xué)的研究小組研究了鋰離子電池充電前幾分鐘的原子水平。

研究人員在最近發(fā)表在《自然材料》上的“高性能可充電鋰電池的玻璃鋰金屬陽(yáng)極”中討論了鋰的電化學(xué)可逆性。這種可逆性決定了鋰的形態(tài)和電學(xué)性質(zhì)。因此,更好地理解這一過(guò)程可以促進(jìn)高性能電池的發(fā)展。

鋰離子電池金屬氧化物負(fù)極材料越來(lái)越受到人們的重視錫基氧化物貯鋰材料具有能量密度較高、清潔無(wú)污染、原料來(lái)源廣泛、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，是金屬氧化物類負(fù)極材料中極具發(fā)展力的一種負(fù)極材料因此， 近年來(lái)人們對(duì)這類材料開(kāi)展了廣泛的研究了錫基氧化物的嵌鋰機(jī)理錫基氧化物與鋰的反應(yīng)分兩步進(jìn)行:首先, 錫氧化物被還原生成金屬錫微粒，同時(shí)生成非晶態(tài)的，分布在金屬錫微粒周圍;然后,鋰離子與金屬錫微粒反應(yīng)，形成鋰錫合金當(dāng)鋰與錫形成合金時(shí)，金屬錫顆粒的體積發(fā)生很大的膨脹,其體積增加值可達(dá)到259%.當(dāng)鋰完全脫出時(shí)，其體積又縮小到原來(lái)的值這種膨脹 與收縮容易引起錫微粒之間團(tuán)聚，從而引起金屬錫結(jié)構(gòu)崩潰,使貯鋰容量和循環(huán)性能迅速降低非晶態(tài)的LiO或其它非活性物質(zhì)(如Mg0, AlO3等)的存在,能減少由于金屬錫微粒體積變化而引起的團(tuán)聚8.9!研究表明， 降低錫基氧化物的粒子尺寸和制備非晶態(tài)結(jié)構(gòu)的錫基氧化物,都有利于提高貯鋰容量和循環(huán)壽命。

當(dāng)電池循環(huán)時(shí),其鋰離子沉積在陽(yáng)極上。該過(guò)程的第一階段被稱為成核,其中第一部分金屬離子形成一個(gè)起點(diǎn),從那里其余的晶體金屬顆粒生長(zhǎng)。利用低溫透射電子顯微鏡,該團(tuán)隊(duì)第一次成功地可視化了鋰金屬在陽(yáng)極上的初始沉積。當(dāng)鋰以晶體形式沉積時(shí),主要的成核作用決定了剩余鋰在其周圍生長(zhǎng)的方式。研究人員將這一過(guò)程稱為“鋰胚胎生長(zhǎng)”。

根據(jù)《自然材料》雜志的文章,“根據(jù)初始成核過(guò)程中原子間的相互作用(例如,原子的堆積密度、質(zhì)量傳遞和能量傳遞),鋰原子核的納米結(jié)構(gòu)可以從無(wú)序到有序,最終形成最終的微觀結(jié)構(gòu)并影響性能。”