固態(tài)電池鋰枝晶解決的理論方法

全固態(tài)電池研究過程中遇到的第一個(gè)難題就是鋰枝晶問題，鋰枝晶的形成對(duì)于所有的鋰電池而言，都是不得不面對(duì)的問題。其生成原理是鋰離子在負(fù)極與電解液中的不均勻沉積，所形成的樹杈狀的鋰離子結(jié)晶體，這些結(jié)晶體在放電倍率超過電池設(shè)計(jì)上限以及長(zhǎng)期的充放電循環(huán)中均有可能出現(xiàn)。而鋰枝晶一旦出現(xiàn)，則意味著電池內(nèi)部的鋰離子出現(xiàn)了不可逆的減少，同時(shí)鋰枝晶會(huì)不斷吸附游離的鋰離子實(shí)現(xiàn)生長(zhǎng)，最終可能會(huì)刺破隔膜，導(dǎo)致電池正負(fù)極直接產(chǎn)生接觸引發(fā)短路。

面對(duì)這一難題，有廠家提出了解決的理論方法：

1、銀碳復(fù)合材料層

在硫化物固態(tài)電解質(zhì)與負(fù)極材料之間，添加了一層銀碳復(fù)合材料層。

其充電過程中的工作原理，是在鋰離子通過電解質(zhì)抵達(dá)負(fù)極最終沉積的過程中，使鋰離子與銀碳材料層中間的銀離子實(shí)現(xiàn)結(jié)合，降低鋰離子的成核能（可簡(jiǎn)單理解為聚集在一起的能力），從而使鋰離子均勻地沉積在負(fù)極材料上。

2、SUS集電器負(fù)極

銀碳復(fù)合材料層很大程度上解決了鋰離子不均勻沉積的問題，但為了盡可能減少鋰枝晶的形成，還需要對(duì)電池中過量的鋰進(jìn)行削減。

是因?yàn)楸皇鬟m合作為高能量密度（3,860mAhg1）負(fù)極材料的金屬鋰，在固態(tài)電池中并不適用。過量的鋰在高電壓的作用下很可能會(huì)自發(fā)聚集，形成鋰枝晶。

因此，在全固態(tài)電池解決方案中使用不含鋰的不銹鋼（SUS）集電器作為負(fù)極，作為鋰離子的沉積載體和電池的結(jié)構(gòu)體，SUS材料的機(jī)械強(qiáng)度十分可靠。并且由于負(fù)極材料不含鋰，也能夠抑制鋰枝晶的形成。

3、輝石型硫化物固態(tài)電解質(zhì)

鋰枝晶形成的另一處位置是電解質(zhì)，由于傳統(tǒng)電解質(zhì)鋰離子遷移數(shù)通常為0.5，過量放電造成的大量鋰離子遷移會(huì)使鋰離子沉積在離子通道內(nèi)，在長(zhǎng)期的循環(huán)中有可能形成鋰枝晶。

在全固態(tài)電池解決方案中使用鋰離子遷移數(shù)為1的輝石型硫化物固態(tài)電解質(zhì)，其鋰離子遷移數(shù)較一般電解質(zhì)更大，不容易使鋰離子沉積其中，因此也能夠抑制鋰枝晶的形成。

據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，通過上述的固態(tài)電池鋰枝晶解決理論方法，有效避免了鋰枝晶的形成，在其數(shù)千次的循環(huán)試驗(yàn)中，采用這一方案的固態(tài)電池沒有形成鋰枝晶。