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“房屋架構”復合金屬鋰負極構筑長循環金屬鋰電池

作者:宋檢 時間:2022-12-07 來源:互聯網

金屬鋰由于其*高的理論比容量和*負的還原電位而成為下一代高比能量電池的理想負*材料。然而,金屬鋰負*的實用化道路卻十分坎坷。一方面,金屬鋰面臨著其自身特性所帶來的內憂:鋰離子的沉積與溶出會造成負*體積的巨大變化;更糟糕的是沉積過程鋰枝晶的形成可能會刺破隔膜,造成巨大的安全隱患。另一方面,金屬鋰負*還面臨著來自電解液的外患:高活潑性的金屬鋰與電解液易發生副反應,消耗活性物質,造成電池庫倫效率下降。因此,同時解決金屬鋰負*的內憂與外患,是實現金屬鋰負*實用化的重要一步。

近期,清華大學張強教授與北京理工大學黃佳琦特別研究員(共同通訊)團隊構建了一種新型的房屋架構的復合金屬鋰負*(命名為housed Li),即上層為固態電解質層,下層為容納有金屬鋰的碳纖維骨架層,成功實現了金屬鋰電池的安全穩定長循環。通過對固態電解質保護層與骨架的合理設計,這種housed Li可允許電解液中的鋰離子快速均勻地穿過屋頂(固態電解質層)進入屋內,而會對金屬鋰造成侵蝕的溶劑分子則被阻擋在屋外。內部的導電骨架結構可以提供高速的電子通道與沉積空間,助力金屬鋰的均勻沉積,消除鋰枝晶。此外,內部骨架結構可維持負*整體的穩定性,消除體積膨脹。

將housed Li應用于磷酸鐵鋰(LFP)全電池中,可*大地提高金屬鋰電池的長循環性能。其中,扣式電池中可穩定循環500圈以上,容量保持率高于95%,軟包電池(0.45 Ah)中可穩定循環80圈以上,容量保持率為85%。

綜上所述,該工作通過簡單的機械輥壓與液相反應法獲得了房屋式的復合金屬鋰負*,有效地抵御了電解液對金屬鋰的侵蝕,并抑制了沉積過程的枝晶生長與體積膨脹,這為解決金屬鋰負*所面臨的內憂外患提供了有效的解決策略。

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