基于非线性动力学的锂沉积形貌模拟与预测

• 作者: 林振康 乔耀璇 王伟 袁洪 樊铖 孙克宁
• 来源期刊: 化工学报
• 关键词: 锂金属电池 电化学 动力学 数值模拟 锂枝晶
• 年，卷（期）: 2021,（9）
• 所属期刊栏目: 表面与界面工程
• 页码范围: 4228-4237
• 页数: 9页
• 分类号: TM912
• 语种: 中文
• DOI: 10.11949/0438-1157.20200504

摘要

金属锂具有极高的理论能量密度，是新一代锂电池中最有潜力的负极材料之一。金属锂沉积时容易形成枝晶，极大影响了锂金属电池的安全性与使用寿命。但由于金属锂性质活泼，缺乏锂电极/电解液界面原位表征方法，锂枝晶生长机制尚不明确。通过有限元方法，基于非线性电极过程动力学，以三次电流模型定量研究了电极/电解液界面行为，并分析不同过程参数对表面电流的影响。结果表明，电极/电解质界面的浓度、电场差异是枝晶生长的主要原因，更大的扩散系数有利于提高界面浓度均匀性，更小的交换电流密度有利于减弱界面反应的敏感性。存在电化学极化区间是均匀沉积的必要条件，电化学极化区间越宽，均匀沉积操作窗口越宽。通过极化曲线可以判断体系是否具有均匀沉积的倾向。加深了对锂电极/电解液界面的电沉积过程的理解，对锂负极保护研究具有指导性意义。