新能源网首页 | 放到桌面

太阳能 生物质能 风能 新材料
行业|技术前沿应用|专题生态环保节能减排低碳生活上市公司
资讯企业动态业内资讯产业分析人物访谈政策法规投资融资统计数据本网公告|展会展会日历本网参展展会动态|产业园
专题: 生物质颗粒机 生物质压块机 生物质压块燃料 生物质颗粒燃料 锂离子电池 小型风力发电机 垂直轴风力发电机 LED灯 太阳能热水器 太阳能路灯 逆变器 太阳能电池板
当前所在位置:首页 > 技术 > 科技前沿
科技前沿】 【技术文献】 【专家视点】 【设备选型】 【应用实例】 【解决方案】 【技术参数】 【行业标准

中国科大仿硅藻土多级结构研制高性能固态锂电池复合负极

来源:中国科学技术大学   更新时间:2019-06-13 09:37:03    

  锂金属由于其高比容量和低的氧化还原电位是未来新型高比能电池的理想负极材料。然而,锂金属电池的商业化一直受限于安全问题和有限的循环寿命。使用新型不易燃的固态电解质替换传统易燃的有机电解液可以显著降低锂金属电池起火和爆炸的风险。但由于固态电解质和电极材料之间有限的固固界面接触,使得固态锂金属电池的电化学性能受限,满足不了实际应用的需求。从固态锂金属电池的负极方面考虑,固态多级结构锂金属复合负极的构筑需采用一种理想的框架材料。该框架材料应具有以下特点:1)来源丰富且成本低廉;2)对锂金属有很强的亲和性;3)丰富的孔道结构以容纳锂金属。因此,在电极内部采用多级结构设计增强界面接触是提升固态锂金属电池性能的有效途径。

  最近,中国科学技术大学姚宏斌课题组和俞书宏团队受硅藻土具有的多级结构特征的启发,以天然硅藻土为模板成功制备了结构稳固、无枝晶生长的多级结构锂金属固态复合负极,基于该锂金属复合负极构筑的固态锂金属电池表现出优异的电化学性能。该工作于6月6日以《硅藻土衍生的多级复合负极用于高性能全固态锂金属电池》为题发表于《自然-通讯》(Nature Communations 2019, 10, 2482)。论文的第一作者是博士后周飞。

  研究人员首先通过镁热还原法将天然的硅藻土转化为具有多级孔道结构的硅框架。随后,将该多级结构硅框架与熔融态的锂金属混合并充分搅拌反应制得锂-硅复合粉体。然后,采用聚环氧乙烷基聚合物固态电解质(PEO-SPE)对锂-硅粉体进行表面修饰。最后,通过冷压工艺将上述粉体在模具中压制成具有多级结构的复合锂金属负极(PEO-DLSL)(图1a)。在PEO-DLSL中,锂金属是嵌在PEO-SPE修饰的Li4.4Si框架的孔道结构之中,从而提升了其与电解质的接触面积,有利于得到更均匀的锂离子流,保持了电极结构的完整性。从而使得在较高电流密度下(>0.5 mA cm-2),多级结构锂金属复合负极能够实现锂金属的均匀沉积和脱出,有效抑制了锂枝晶的生长(图1b)。而对于传统的平板锂箔而言,在同样的条件下,锂枝晶很容易生长并引起电池短路(图1c)。

  以PEO-SPE作为固态电解质,PEO-DLSL对称电池在锂脱出/沉积测试中可稳定性循环超过1000小时不短路,同时极化电压可以保持在100毫伏以下。而传统的锂箔负极表现出很高的极化电压(200毫伏以上)并且在循环50圈后就发生了短路(图2a)。研究人员进一步考察了PEO-DLSL在全固态锂金属电池(PEO-SPE为固态电解质,磷酸铁锂为正极)中的性能,如图2b所示,基于PEO-DLSL的固态锂金属电池表现出非常好的循环稳定性(0.5C倍率下可循环500圈,容量衰减速率为0.04%/每圈),而采用平板锂箔的固态锂金属电池在循环75圈后即发生了短路(图2a)。

  综上,基于硅藻土多级孔道结构模板,研究人员成功构筑了多级结构锂金属复合负极,在全固态锂金属电池应用中表现了突出的电化学性能。这项研究是天然多级结构模板在制备高性能固态锂金属复合负极方面新的尝试,将为高比能/高安全储能器件的研制提供新的结构设计思路。

  该项研究受到国家自然科学基金委创新研究群体、国家自然科学基金重点项目、中科院前沿科学重点研究项目、中科院纳米科学卓越创新中心、苏州纳米科技协同创新中心等的资助。

  图1:(a)硅藻土模板衍生的多级结构固态锂金属复合负极的制备过程示意图。(b)多级结构固态锂金属复合负极的锂沉积/脱出示意图。(c)平板锂箔负极的锂沉积/脱出示意图。

  图2:(a)多级结构锂金属复合负极与平板锂箔的对称电池循环性能对比。(b)多级结构锂金属复合负极与平板锂箔的全固态锂金属电池循环性能对比。

返回列表 | 加入收藏 | 】
我要存档: 将本文以PDF形式 打开 | 下载
我要分享:
我要收听: 新能源网官方微博 @ @
相关文章  
·循环后的LiCoO2力学强度会降低,为什 2019/06/19 ·探索电池材料回收技术 2019/06/19
·高能所等应用同步辐射多尺度成像技术 2019/06/17 ·中国科大研制仿北极熊毛发的隔热气凝 2019/06/14
·快速/慢速化成制度对NCM523/硅电池性 2019/06/13 ·科学家发现锂电池衰退的原因 2019/06/12
·上海硅酸盐所在锂金属电池负极界面改 2019/06/12 ·锂离子电池正极材料结构特性和形成机 2019/06/06
·化学所在高性能锂离子电池电极材料研 2019/06/05 ·香港理工大学研发“织物锂电池” 2019/05/31
·锂离子电池高效率Z型叠片机 2019/05/27 ·NCM622材料的过渡金属元素溶解及其危 2019/05/27
·香港理大研发超柔软的高效能织物锂电 2019/05/27 ·中国科大等发表燃烧综述论文 2019/05/23
·锂离子电池容量刷新“世界纪录” 2019/05/23 ·有机羧酸如何提升Si基负极的循环寿命 2019/05/22
·谁限制了Li在电极界面处的电荷交换速 2019/05/21 ·中国科大发表锂离子电池安全专题评论 2019/05/17
·南开科研团队合成超高容量锂离子电池 2019/05/16 ·300Wh/kg高比能水系锂离子电池要来了 2019/05/14
新能源网官方微博  
  相关产品  
- 锂电池负极材料包覆 - 16,8v5a锂电池充电
- 锂亚电池 - 3V扣式锂锰电池
- 锂亚电池 - 电池材料混合机
- 磷酸铁锂超声波振动 - 锂电池
- 磷酸铁锂电芯 - 锂电池片式全自动制
- 全自动换胶钉机 - 锂离子电池
- 锂离子蓄电池 - 锂电池组模块
- AGV做业平台车专业 - 挤复机
- 大功率LED投光灯锂 - 钴酸锂匣钵
- 磷酸铁锂电池组 - 不可充电锂电池
- 卡耐三元电芯 - 识别卡电池
- 锂电池正负极检测Xr - 实验室行星搅拌机
- 锂电池全自动包膜机 - 锂电池充电器
- 纽扣电池弹片 - 全自动包膜机
- 扣式电池壳、纽扣电 - 聚合物锂电池
能源通会员广告服务网络推广会员积分帮助中心联系我们关于我们 | 官方微博:
新能源网 版权所有 2010-2019 中华人民共和国电信与信息服务业务经营许可证 浙B2-20100234-7 浙公网安备33010602000811号
业务(新能源网):0571-28068180,28068199,28068187  客服:0571-28068180,28902366  链接推广:0571-28902366  展会合作:0571-28068187
业务QQ:  客服QQ:  推广QQ:
 太阳能光伏:点击这里加入此群  太阳能光热:点击这里加入此群  风能:点击这里加入此群  生物质能:点击这里加入此群  LED新光源:点击这里加入此群
 储能与电池:点击这里加入此群  新能源汽车:点击这里加入此群
杭州创搏网络科技有限公司  总部地址:杭州市文三路477号华星科技大厦六层