金屬的無定形程度越高,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。來自愛達荷國家實驗室和圣地亞哥大學(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,更好地理解這一過程可以促進高性能電池的發(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、清潔無污染、原料來源廣泛、價格便宜等優(yōu)點，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， 近年來人們對這類材料開展了廣泛的研究了錫基氧化物的嵌鋰機理錫基氧化物與鋰的反應(yīng)分兩步進行:首先, 錫氧化物被還原生成金屬錫微粒，同時生成非晶態(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，金屬錫顆粒的體積發(fā)生很大的膨脹,其體積增加值可達到259%.當(dāng)鋰完全脫出時，其體積又縮小到原來的值這種膨脹 與收縮容易引起錫微粒之間團聚，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,其鋰離子沉積在陽極上。該過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起點,從那里其余的晶體金屬顆粒生長。利用低溫透射電子顯微鏡,該團隊第一次成功地可視化了鋰金屬在陽極上的初始沉積。當(dāng)鋰以晶體形式沉積時,主要的成核作用決定了剩余鋰在其周圍生長的方式。研究人員將這一過程稱為“鋰胚胎生長”。

根據(jù)《自然材料》雜志的文章,“根據(jù)初始成核過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)可以從無序到有序,最終形成最終的微觀結(jié)構(gòu)并影響性能。”