——習(xí)近平總書(shū)記在致中國(guó)科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求
——中國(guó)科學(xué)院辦院方針
語(yǔ)音播報(bào)
近日,中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種具有中空界面結(jié)構(gòu)的金屬鋁箔負(fù)極材料,并應(yīng)用于高效、低成本雙離子電池。
唐永炳介紹道,這種新型結(jié)構(gòu)有效解決了廉價(jià)金屬負(fù)極材料在充放電過(guò)程中的體積膨脹、循環(huán)性能差的問(wèn)題。相關(guān)研究成果泡沫紙狀界面設(shè)計(jì)形成的超穩(wěn)定固態(tài)電解質(zhì)層及其在高效雙離子電池中的應(yīng)用已在線(xiàn)發(fā)表于材料科學(xué)頂級(jí)期刊Advanced Materials上。
隨著便攜式電子設(shè)備和電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)規(guī)模的快速發(fā)展,人們對(duì)于高能量密度、低成本二次電池的需求日益迫切。目前,商用鋰離子電池多采用石墨類(lèi)負(fù)極材料,其理論比容量?jī)H為372 mAh g-1,且壓實(shí)密度較低,限制了鋰離子電池能量密度的進(jìn)一步提升。
據(jù)悉,通過(guò)與鋰離子的合金化/去合金化反應(yīng),廉價(jià)金屬負(fù)極通常具有更大的比容量,有望獲得更高的能量密度?!捌渲袖X的理論比容量高達(dá)2234 mAh g-1 (Li9Al4),且儲(chǔ)量豐富,價(jià)格低廉?!碧朴辣f(shuō),“然而,鋁負(fù)極在電池反應(yīng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的體積膨脹,從而影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性?!?/p>
基于上述考慮,唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員秦盼盼、王蒙、李娜等人成功研發(fā)出一種具有中空界面微結(jié)構(gòu)的金屬鋁箔材料,同時(shí)對(duì)其進(jìn)行活性材料與集流體的一體化設(shè)計(jì),并將其成功應(yīng)用于新型高效、低成本雙離子二次電池。
唐永炳說(shuō):“我們采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、改造后的鋁箔同時(shí)作為負(fù)極活性材料和集流體,膨脹石墨為正極,并采用常規(guī)電解液。相對(duì)于傳統(tǒng)鋰離子電池,該新型二次儲(chǔ)能電池具有更高的工作電壓(平均放電電壓為~4.2 V),同時(shí)顯著提升了活性材料占比和能量密度,并大幅降低了制造成本,且環(huán)境友好。”
此外,中空微結(jié)構(gòu)的界面設(shè)計(jì)使鋰—鋁合金的發(fā)生區(qū)域,成功限制在中空界面中,從而有效緩解鋁負(fù)極在合金化過(guò)程中產(chǎn)生的體積膨脹,獲得了高度穩(wěn)定的SEI膜。
研究結(jié)果表明,該新型電池在半小時(shí)充放電速率下(2C)循環(huán)1500圈,容量保持率高達(dá)99%;另外,即使在功率密度高達(dá)2113 Wkg-1時(shí),該電池的能量密度仍有169 Wh kg-1(10C,充放電時(shí)間為6 分鐘),遠(yuǎn)高于大多數(shù)商用的鋰離子電池。
唐永炳指出:“我們的研究成果對(duì)廉價(jià)金屬負(fù)極材料的開(kāi)發(fā)具有指導(dǎo)意義,有望促進(jìn)基于廉價(jià)金屬負(fù)極的高能量、低成本二次電池的發(fā)展。”
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