Cercetătorii creează un strat intermediar stabil de aliaj pe anozii metalici Li pentru încărcare rapidă

O echipă de cercetători de la Centrul de excelență în electrificarea transporturilor și stocarea energiei al Hydro-Québec a folosit depunerea de vapori cu plasmă (PVD) pentru a depune un strat de aliaj Li _x Sn _y pe suprafața unei folii de litiu. Stratul are o duritate mult mai mare decât Li nu și poate rezista la ciclism agresiv la 1C. Observațiile la microscopul electronic cu scanare post-mortem au arătat că stratul de aliaj rămâne intact chiar și după cicluri rapide pentru sute de cicluri.

Recent, grupul nostru de cercetare a raportat protecția foliilor metalice Li prin depunerea unui strat nanometric de Zn cu scopul de a încărca rapid. Întrucât rezultatele au fost interesante, am testat diferite metale, precum Ag, Al, Sn, In, Bi și W. După câteva luni de investigații, s-a constatat că cele mai bune rezultate s-au obținut pentru modificarea foliilor de litiu cu o nanometrie. Stratul Sn.

Astfel, în această lucrare se raportează protecția anodului metalic Li prin depunerea unui strat subțire de aliaj Li _x Sn _y folosind tehnica PVD. O expansiune de volum de până la 380% a fost observată în urma depunerii prin pulverizare a metalului Sn. Analizele de difracție de raze X (XRD) ale foliilor de Li modificate au relevat dispariția vârfurilor de staniu, care confirmă reacția de aliere in situ dintre suprafața anodului de litiu și staniul proaspăt depus.

Cu toate acestea, compoziția exactă a stratului de aliaj nu este clar determinată și este probabil compus din mai multe aliaje Li _x Sn _y . Măsurătorile de nanoindentare au fost efectuate pe metalul Li înainte și după depunerea Sn și, în mod interesant, un strat subțire de aliaj Li _x Sn _y crește puternic duritatea anodului, care este o caracteristică dorită pentru a împiedica progresia dendritei. Observațiile la microscopul electronic cu scanare post-mortem (SEM) ale celulelor LiFePO ₄ (LFP)/electrolit polimer/pungă Li utilizate au arătat că stratul de aliaj rămâne intact chiar și după cicluri rapide pentru sute de cicluri.

Nu s-au găsit urme de metal Sn în electrolitul polimer solid (SPE) sau în anodul în vrac Li, iar aditivul Al, prezent inițial în anodul Li, este încă distribuit uniform în interiorul acestuia, chiar și după cicluri repetitive la rate C mari.