UWO团队揭示全固态锂电池预成核剂的相演化过程

据外媒报道，由西安大略大学孙学良教授和多伦多大学Chandra Veer Singh教授领导的团队提出了一种预成核剂（MoS2），通过控制锂的成核和沉积过程，抑制高电流密度下锂枝晶的生长。此外，还阐明了预成核剂在全固态锂电池（ASSLB）中的析相过程。

MoS2析出和Li沉积过程示意图固体聚合物电解质具有灵活性高、易于制备、成本/密度低、电化学/化学稳定性高的优点，在ASSLB电池中具有广阔的应用前景。然而，在高电流密度下，锂的不均匀成核和生长会导致锂枝晶生长不良，严重阻碍高速ASSLB电池的发展。研究人员表明，在运行ASSLB电池时，锂预成核剂（MoS2）发生相变，形成高活性成核剂，其中钼可以促进锂的快速成核，抑制锂枝晶生长。在锂电镀过程中，锂与钼表现出很强的亲和力，导致锂快速成核并选择性沉积在比表面积更大的钼表面，降低了局部电流密度。此外，锂原子在钼（110）表面迅速扩散，促进了锂的均匀沉积，并限制了锂枝晶的生长。由于局部电流密度的降低和锂枝晶的有限生长，使用MoS2预成核剂的锂-锂对称电池具有优异的电化学性能，在1mA cm-2/1 mAh cm-2下可实现长达1000小时的循环寿命，在0.5mA cm-2/2 mAh cm-2下可实现多达780小时的循环寿命。Li-LiFePO4（LFP）的全电池测试进一步证明了其实际应用潜力。Li LFP ASSLB电池在1mA cm-2的高电流密度下3000次循环后显示出78%的高容量保持容量。只有在合理的电流密度下，ASSLB电池才能投入实际应用。然而，在高电流密度下，锂枝晶的不良生长会阻碍工作电流密度的增加，这仍然是一个挑战。通常，锂锂对称电池和全电池的电流密度小于0.5 mA cm-2，无法满足ASSLB电池的实际应用要求。结果表明，还原产物是一种真正的成核剂。它对促进锂的快速成核和选择性沉积，抑制锂枝晶的生长具有重要意义。锂负极使用MoS2预成核剂，可以降低过电位，提高锂的稳定性。在高电流密度下，ASSLB电池表现出良好的循环稳定性。

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