MoS2演化和Li沉積過程示意圖

據(jù)外媒報道，西安大略大學(xué)XueliangSun教授帶領(lǐng)的團隊和多倫多大學(xué)的ChandraVeerSingh教授，提出一種預(yù)成核劑(MoS2)，通過控制鋰成核和沉積過程，在高電流密度下抑制鋰枝晶生長。此外，還闡明了預(yù)成核劑在運行的全固態(tài)鋰電池(ASSLB)電池中的相演化過程。

固體聚合物電解質(zhì)具有靈活性高、易于制備、成本/密度低和電化學(xué)/化學(xué)穩(wěn)定性高等優(yōu)點，在ASSLB電池中具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，在高電流密度下，鋰成核和生長不均會導(dǎo)致鋰枝晶不良生長，嚴重阻礙高速率ASSLB電池的發(fā)展。

研究人員表示，在運行中的ASSLB電池中，鋰預(yù)成核劑(MoS2)經(jīng)過相演化，形成高度活躍的成核劑(Mo)，其中鉬可以促進鋰快速成核，抑制鋰枝晶生長。在鍍鋰過程中，鋰和鉬表現(xiàn)出很強的親和力，導(dǎo)致鋰快速成核并選擇性地沉積在比表面積較大的鉬表面上，降低局部電流密度。此外，鋰原子在鉬(110)表面快速擴散，促進鋰均勻沉積，限制鋰枝晶的生長。由于局部電流密度降低，以及鋰枝晶生長受限，使用MoS2預(yù)成核劑的鋰鋰對稱電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，在1mAcm-2/1mAhcm-2時可實現(xiàn)高達1000小時的循環(huán)壽命，在0.5mAcm-2/2mAhcm-2時循環(huán)壽命高達780小時。

Li-LiFePO4(LFP)全電池測試進一步證明其實際應(yīng)用潛力。Li-LFPASSLB電池在1mAcm-2的高電流密度下，經(jīng)過3000次循環(huán)，顯示出78%的高容量保持能力。

ASSLB電池只有在合理的電流密度下，才有望投入實際應(yīng)用。然而，在高電流密度下，鋰枝晶不良生長會阻礙工作電流密度提高，這仍然是一個挑戰(zhàn)。一般情況下，Li-Li對稱電池和全電池的電流密度小于0.5mAcm-2，無法滿足ASSLB電池的實際應(yīng)用要求。

結(jié)果表明，還原產(chǎn)物（Mo）是真正的成核劑。它具有重要的意義，可以促進鋰快速成核和選擇性沉積，抑制鋰枝晶生長。

鋰負極采用MoS2預(yù)成核劑，可以降低過電位，提升鋰穩(wěn)定性。在高電流密度下，使ASSLB電池表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。