对于析晶这一现象,我们可以这么理解:
在充电过程中,我们对于锂离子的控制实际上很弱。我们只能保证锂离子会移动到负极表面,但我们无法保证锂离子会均匀地分布在负极表面。因此在没有外来约束条件下,充电时锂晶体会在负极表面无序生长,形成枝晶(dendriticcrystal)。
所以一定要有个约束条件。要挖个坑让锂离子往里面跳。
这个坑的具体表现即为负极表面的石墨材料。如上图所示,石墨层之间的空隙够大,足以容纳单个锂原子,但也只能容纳单个锂原子;然后石墨层与锂原子之间的物理吸附作用可以稳住锂原子,于是锂原子在没有外来电压时候也能安心待在负极表面。
如此一来,锂原子便不会野蛮生长了。但能量密度也上不去了。
三、电池的第三大问题:正极表面材料
上一部分归纳总结一下,为了让锂原子在每次充电时能够均匀有序地分布在负极表面,负极表面需要一层固化的结构来约束(有序化,降低熵值)锂原子的分布。这个设计在很大程度上稀释了电池的能量密度。
正极实际上也有同样的问题,为了让锂离子在每次放电时能够均匀有序地分布在正极表面,正极表面需要一层固化的结构来约束(有序化,降低熵值)锂离子的分布。这个设计在很大程度上稀释了电池的能量密度。
但还不止。
我相信,能看到这里的人,一定有非凡的耐心,你们一定能明白这张图的含义。