锂枝晶是什么？它会导致哪些安全隐患发生呢？
来源：宝鄂实业
2019-07-16 10:52
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锂电池充电和放电原理是什么？
锂电池是前几年出现的金属锂蓄电池的替代产品，它的阳极采用能吸藏锂离子的碳极， 放电 时，锂变成锂离子，脱离电池阳极，到达锂电池阴极。锂离子在阳极和阴极之间移动，电极 本身不发生变化。这是锂电池与金属锂电池本质上的差别。锂电池的阳极为石墨晶体，阴极 通常为二氧化锂。充电时，阴极中锂原子电离成锂离子和电子，并且锂离子向阳极运动与电 子合成锂原子。放电时，锂原子从石墨晶体内阳极表面电离成锂离子和电子，并在阴极处合 成锂原子。所以，在该电池中锂永远以锂离子的形态出现，不会以金属锂的形态出现，所以 这种电池叫做锂电池
随着数字化智能设备和电动汽车市场的日益扩张，锂金属电池可以说是最有前途的高密度储能技术之一。然而，锂金属电池技术的一大壁垒是会出现不可控的锂枝晶，并由此引起充电能力变差和安全隐患的问题。
锂枝晶指的是锂金属在用作电池的阳极或负极时表面生长出的针状物，它会引起有害的副反应而降低能量密度，严重的甚至会导致电极短路而引发火灾或爆炸。

日前，亚利桑那州立大学（Arizona State University）的一项新研究发现，使用三维聚二甲基硅氧烷（PDMS）层作为电池中锂金属阳极的基体材料，能够有效地抑制锂枝晶的形成，从而大大地延长电池寿命，减少安全隐患。该研究于3月6日发表在最新的顶级期刊《自然·能源》（Nature Energy）上。
论文的首席研究员姜汉卿（Hanqing Jiang）教授说，这个发现对锂离子（lithium-ion）电池和锂空气（lithium-air）电池都有意义，并且对其他金属阳极电池也有很大的意义。因为几乎所有用作电池阳极的金属都会产生枝状晶体，比如，锌、钠和铝电池等。
姜汉卿称，他和研究团队并不是从材料或电化学的角度来解决这个问题的，而是从机械工程师的角度来寻找解决方案。他说，“已知的研究表明，微小的锡针或锡须（类似枝状晶体）在应力作用下会从锡金属的表面伸出，因此通过类比，我们研究了应力作为锂枝晶生长原因的可能性。”

图丨（a）电镀锂层过程中形成的压应力使得PDMS基底上的铜层产生褶皱变形；（b）PDMS基底的褶皱变形使得锂层中的应力得到释放，从而抑制枝晶的形成；（c）没有柔性PDMS基底的应力释放作用，锂金属表面形成枝状晶体
在第一轮研究中，研究者在电池的阳极底部加了一层柔性PDMS，发现锂枝晶的生长有明显的减少。研究者的分析表明，金属锂电极中累积的应力被PDMS基底以褶皱变形的形式所释放，而这种枝晶减少的趋势与此应力释放直接相关。
“这是首次从实验上证明了残余应力在锂枝晶的形成中起着关键作用”，姜汉卿说。
除了研究锂枝晶的生长机制外，姜汉卿团队又进一步研究了如何利用这种现象（应力释放减少枝晶生长）来延长锂金属电池的寿命，同时还保持高能量密度。
研究者提出的方法是将PDMS基体做成具备很多表面的三维结构。“利用一块内部含有大量小孔的方糖作为模板，PDMS进入方糖内部的孔隙中，形成一个连续的网络状基底，再镀一层薄薄的铜层以传导电子。最后，再用锂金属充满这些孔隙。PDMS作为一种多孔的海绵状层，能够有效减轻应力并抑制枝晶生长”， 姜汉卿解释说。
该研究小组成员之一、莱斯大学（Rice University）的Ming Tang教授说：“通过与其他抑制锂枝晶的方法相结合，比如新的电解液添加剂，这一发现对于使锂金属电池成为一种安全、高密度、长期储存能量的解决方案具有广泛的意义。这种技术的潜在应用范围非常广泛，从个人电子设备供电，到为电动汽车提供超长时动力，再到作为太阳能电网的备用电源。”
对于动力电池来说，通常大家最关心的问题无非是电池的寿命、电池的安全性以及电池的续航性能等这几个方面。其实，不管是传统的铅酸电池，还是现在电动车新国标落地以后“来势很猛”的锂电池，电池的寿命以及耐用性，都在消费者选择电池的过程中扮演着举足轻重的角色！
常说：锂电池只能充放电500次？
在日常生活中，我们经常会听到这样一种说法：“锂电池寿命比传统铅酸电池要长，循环寿命可达500次。”通常，我们会把锂电池的寿命是“500次”，想当然的认为是充电次数，事实上指的500次充放电周期。

一个充电周期，指的是锂电池的电量由满用到空，再由空充到满的过程，这并不等同于充一次电。举个例子，一块锂电池当天只用了一半的电量，然后又为它充满电。如果第二天还如此，用一半就充，总共两次充电下来，这只能算作一个充电周期，而不是两个。因此，通常可能要经过好几次充电才完成一个周期。
电池耗尽再充电，延长锂电池寿命？
很多人可能会疑惑，是不是锂电池充放电超过500个周期，就得换新锂电了呢？很多朋友为了能够延长电池的寿命，每次都在电池电量完全耗尽时才进行充电 ，这样真的可以延长锂电池寿命吗？
事实上，每完成一个充电周期，电池容量就会相对减少一点。不过，这个电池容量减少幅度非常小，并不影响电池的正常性能。据了解，现在高品质的锂电池经过多个周期充放电之后，电池容量仍然可达80%以上。
如何延长锂电池寿命呢？
1、首次骑行时，最好把锂电池充满，主要是因为锂电池从出厂那一刻，就开始处于一个自放电过程，自放电会使锂电池带电量减少 。
2、每次骑行时，不要将电池电量完全耗尽，长期过放会使电池寿命减少3倍。当电动车骑行中出现电量过低提示时，要及时地停止骑行，去尽快充电。

3、注意的是锂电池不能过度放电，过度放电会造成不可逆的容量损失。如果长时间不用电池，应将电池从仪器中取出保存于干燥阴凉处，并要在60~90天内充电一次，以免存放时间过长，电池因自放电导致电量过低，造成不可逆的容量损失，因为锂电池的最佳存放状态是半电存放。
4、千万不能过充，当充电完成指示灯亮时，要停止充电。
5、尽量使用原装锂电池充电器充电，原装充电器配套性能强，充电倍率适度，避免因过大电流充电造成对电池内部结构的损害。
总之，锂电寿命和充电周期的完成次数有关，和充电次数没有直接关系。虽然锂电池的寿命是有限的，但是可以通过平时对锂电池的规范使用和定期的维护来延长锂电池的寿命！
