锂金属电池的电化学-机械挑战与展望

锂金属电池的电化学-机械挑战与展望

ASME应用力学评审［PDF]

利用高容量和功率密度电极的下一代电池的开发需要对材料界面和结构的全面理解和精确控制。电化学力学在这种复杂界面的形态演变和稳定性中起着不可或缺的作用。电极材料的体积变化和电极/电解质界面的化学相互作用导致应力场不均匀和界面结构不同，从根本上影响了潜在的输运和反应动力学。这种机械耦合的起源及其对降解的影响是唯一依赖于界面特性的。本文分析了固-液界面和固-固界面化学-力学耦合的独特性质和破坏机制。对于锂金属电极，总结了表面/微观结构的非均质性对固体电解质界面相(SEI)稳定性和枝晶生长的关键作用，以及对固体电解质接触损失和长丝渗透的发生的关键作用。对于复合电极，在微观结构耦合电化学-机械属性的插层和转化为基础的化学描述的关键差异。在这种阴极中，从液体电解质到固体电解质，我们强调了固体-固体点接触对传输/机械响应、电化学性能和失效模式(如颗粒破裂和分层)的重要影响。最后，我们提出了我们对未来研究方向和机会的看法，以解决实现下一代锂金属电池的潜在电化学机械挑战。