宁德时代专利揭秘：提升锂金属电池循环性能新招式！

来源：炭素邦

电池能量密度主要取决于正负极材料。在正极材料中，富锂锰基被视作下一代高能量密度电池最具潜力的选择，目前已处于商业化应用的初期阶段。而在下一代高能量密度电池的负极材料方面，主要包括硅基和锂金属材料这两大类。其中，锂金属理论克容量高达3800mAh/g，相较于硅基材料更具竞争力，不过其商业化进程较为缓慢，目前仍处于研究阶段。针对锂金属负极，首要难题是解决锂枝晶形成带来的不利影响。在充电过程中，锂不断在金属锂表面沉积，由于沉积速率不均，会形成凸起，进而致使SEM膜持续破裂，最终生长为锂枝晶。一方面，锂枝晶若持续生长，可能会刺破隔膜，引发电池内部短路，带来严重的安全隐患；另一方面，在对金属锂负极材料进行脱锂时，会出现锂孤岛，导致极片粉化。随着循环次数增加，金属锂体相会出现大量孔洞，最终致使整个电极失效。因此，解决锂枝晶问题，成为产业界推动锂金属二次电池发展的重要研究方向。

   注：高能量密度锂离子电池正负极材料

最近宁德时代公开了一项新的专利CN119069645A试图通过一种新的工艺来抑制锂金属充电过程中枝晶的形成。根据专利具体实施案例描述的策略，主要通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD）在金属锂层上沉积氧化硅界面层来提升锂金属可循环性。

选取厚度为20微米的锂金属，置于PEVCD设备中在Ar气气氛中，通入SiH4、N2O气体，通过控制SiH4与N2O的比例在锂金属层上进行沉积SiOx，开始N2O与SiH4的气流量比例为1:2，沉积时间为2.5min，沉积的SiOx厚度为50nm，然后通过多个步骤将 N2O与SiH4 的比例从 1 : 2 逐步提高到 20 : 1，以形成氧化硅层（SiOx，x ≈ 1，厚度：≈25 纳米）。

通过这种方法在锂金属层上形成不同氧浓度梯度的SiOx，靠近金属层界面的氧含量较低，而远离金属层界氧浓度梯度较高。通过全电池以及半电池对材料的电化学性能进行测试，半电池测试显示，通过这种方法材料负极的克容量可保持在3800mAh/g，带有硅基界面层的全电池（基于NMC的正极材料）在经过500个循环后（1 C充电/放电）容量保持率高达98% ，相比之下而没有硅基界面层的参比电池的容量保持率仅为70% 。

本专利展示了一种方法，通过在锂金属表面沉积硅氧化物基保护层改善锂金属电极的循环性能，从理论上硅界面层相比于金属层具有更高的负极电位，能够有效抑制枝晶的形成生长，具有一定商业化价值。

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