非晶态锂将促进新型高性能电池的出现

金属的无定形程度越高,其在电池中的电化学性能就越好。但是,电池行业的代名词锂主要以晶体形式出现-导致其在锂离子电池中的行为存在许多问题。

非晶态金属的生产特别具有挑战性。然而,一组电池材料研究人员最近发现了一种在电池中制造非晶金属(包括锂)的方法,这或多或少是出于偶然。来自爱达荷国家实验室和圣地亚哥大学的研究小组研究了锂离子电池充电前几分钟的原子水平。

研究人员在最近发表在《自然材料》上的“高性能可充电锂电池的玻璃锂金属阳极”中讨论了锂的电化学可逆性。这种可逆性决定了锂的形态和电学性质。因此,更好地理解这一过程可以促进高性能电池的发展。

锂离子电池金属氧化物负极材料越来越受到人们的重视锡基氧化物贮锂材料具有能量密度较高、清洁无污染、原料来源广泛、价格便宜等优点，是金属氧化物类负极材料中极具发展力的一种负极材料因此， 近年来人们对这类材料开展了广泛的研究了锡基氧化物的嵌锂机理锡基氧化物与锂的反应分两步进行:首先, 锡氧化物被还原生成金属锡微粒，同时生成非晶态的，分布在金属锡微粒周围;然后,锂离子与金属锡微粒反应，形成锂锡合金当锂与锡形成合金时，金属锡颗粒的体积发生很大的膨胀,其体积增加值可达到259%.当锂完全脱出时，其体积又缩小到原来的值这种膨胀 与收缩容易引起锡微粒之间团聚，从而引起金属锡结构崩溃,使贮锂容量和循环性能迅速降低非晶态的LiO或其它非活性物质(如Mg0, AlO3等)的存在,能减少由于金属锡微粒体积变化而引起的团聚8.9!研究表明， 降低锡基氧化物的粒子尺寸和制备非晶态结构的锡基氧化物,都有利于提高贮锂容量和循环寿命。

当电池循环时,其锂离子沉积在阳极上。该过程的第一阶段被称为成核,其中第一部分金属离子形成一个起点,从那里其余的晶体金属颗粒生长。利用低温透射电子显微镜,该团队第一次成功地可视化了锂金属在阳极上的初始沉积。当锂以晶体形式沉积时,主要的成核作用决定了剩余锂在其周围生长的方式。研究人员将这一过程称为“锂胚胎生长”。

根据《自然材料》杂志的文章,“根据初始成核过程中原子间的相互作用(例如,原子的堆积密度、质量传递和能量传递),锂原子核的纳米结构可以从无序到有序,最终形成最终的微观结构并影响性能。”