24 / 2021-03-25 20:50:51

固态电解质锂枝晶的多场耦合生长机理

全固态电解质，相场模拟，多场耦合，枝晶生长

   金属锂是下一代储能系统中最有前途的负极材料之一。然而，在锂离子电池中锂枝晶的生长严重阻碍了其实际应用及进一步发展。在电解液中锂枝晶的持续生长会导致电池内部形成短路，进一步引发电池热失控等问题。但由于枝晶过高的机械强度，导致即使在机械强度较高的固态电解质中也仍会有锂枝晶的形成。因此采用相场法模拟锂枝晶在电解质中的生长过程，进而探究枝晶生长的影响因素。首先建立固态电解质中在化-电-力多物理场耦合下的锂枝晶生长的相场模型，考虑到在固态电解质中考虑枝晶在生长过程中与周围的固态电解质之间所产生的相互作用力，因此引入弹性势能。考虑了各向异性强度、过电位和不同机械强度的固态电解质对锂枝晶生长的影响。在多个物理场的驱动力下，锂枝晶形貌发生一定变化，枝晶最大的应力值可以达到几百个MPa。最后将模拟结果的单个枝晶与多枝晶的相比可知，多枝晶的二次枝晶受到周围的枝晶抑制，更趋向于纵向的生长，应力值更大，对电解质造成的破坏程度更大。用数值模拟法研究锂枝晶在固体电解质界面相中的生长过程，为揭示锂枝晶的破坏机理提供了思路，也为固态电解质的实验提供相应的理论基础。