登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
锂离子电池对日常生活产生了深远的影响,商业化的使用碳负极的锂离子电池现已基本接近其理论容量,难以满足便携电子设备、电动汽车和大规模能量存储等方面越来越高的应用要求。在可用作锂电池负极的材料中,金属锂具有最大的理论能量密度(3860mAhg−1或2061mAhcm−3)和最低的电化学势(相对于标准氢电极为3.04V),是下一代高能锂电池如Li-S和Li-空气电池的负极材料的最佳选择。然而,金属锂负极在实际应用中易生成枝晶,解决安全性和稳定性的问题是当前金属锂负极研究的重点。
近期,斯坦福大学材料科学与工程系的崔屹教授在Nature Nano technology发表了题为“Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries”的综述,首次系统总结了当前对于金属锂负极的理解,强调了近期在材料设计和先进表征方法上的重大进展,并且为金属锂负极未来的研究方向提供了参考。
综述总览图
1.金属锂负极的挑战
在金属锂负极实用化之前,需要克服其在安全性和循环稳定性等方面存在的挑战。在充放电循环过程中,锂会不均匀沉积形成枝晶而造成电池短路;同时低的库伦效率和逐渐增长的锂负极超电势也会导致容量的急剧降低。为了解决这些问题,需要对界面化学、锂沉积的行为以及它们之间的联系有更深入的理解。
1.1锂表面固态电解质界面的形成
固态电解质界面(SEI)是电池研究的重点。由于Li+/Li具有高度负的电化学势,任何电解质都能在锂表面被还原,通过钝化SEI可以解决这个问题。然而,金属锂负极对SEI的要求很高,锂上的SEI应具有高的锂离子电导率和好的电子阻挡能力,成分、形态和离子电导率要均一。由于循环过程中界面起伏比较大,还要求SEI具有良好的柔韧性甚至弹性。
烷基碳酸锂和醚类是适用于锂负极的两种重要的电解质,改善碳酸盐电解质中的锂负极,有望取代传统的碳负极而大幅提高电池容量;发展醚类电解质中的锂负极从长远来看将会有利于Li-S和Li-空气电池的发展。更重要的是,这两种电解质系统SEI形成的机理类似,在某一体系中的发现可以被应用到另一个体系中。
1.2锂枝晶生长理论
工业在大电流下电镀金属如Cu、Ni和Zn时,由于阳离子逐渐被耗尽,打破了电极表面的电中性产生空间电荷层,导致金属的不均匀沉积,枝晶生长现象时有发生。然而在锂电池中,锂枝晶的形成机理却有所不同,需要考虑界面化学的影响。锂的还原电极电极电势比较高,会在表面自发形成SEI层。如果SEI的锂离子电导率不均一,将会导致不均匀成核。此外,循环过程的体积变化会使SEI出现裂纹,反过来会加剧锂的不均匀沉积。锂枝晶生长是自增强的过程。
1.3极大的相对体积变化
所有的电极材料在充放电循环的过程中都会经历体积变化,甚至连商业化的石墨电极也有10%的体积变化。而对于金属锂来说,由于其没有主体,体积变化则更大。从实用的角度来看,单边商用电极的面积容量需要达到3mAhcm−2,对于锂来说将会有14.6μm的体积变化。这个数值在将来还会更大,意味着在循环过程中锂界面的移动将会达到几十个微米。
1.4金属锂挑战之间的联系
图1b总结了金属锂负极最主要的问题。在锂电镀的过程中,巨大的体积膨胀使SEI破裂(步骤1),促进锂枝晶在裂缝处生长(步骤2)。在锂剥离的过程中,体积变化进一步破坏SEI层,而从结点处剥离则会打断电接触形成“死”锂(金属锂从基底上孤立,步骤3),不断循环之后,以上过程将会反复发生最终形成多孔锂电极,造成容量急剧降低。更详细的联系如图1c所示。SEI的断裂,化学副反应,枝晶和“死”锂的形成,最终导致了严重的安全问题和容量下降。
图1锂金属负极所面临的机会和挑战
a.汽油、最先进的锂离子电池、锂金属/LOM电池、Li-S和Li-空气电池的实际比能量(粉色)和能量密度(蓝色)
b.锂剥离/电镀过程的示意图。步骤1:锂电镀使体积膨胀,SEI膜开裂;步骤2:机械电镀使锂枝晶从裂缝上生长;步骤3:锂剥离导致孤立锂的产生,体积变化使SEI进一步破裂;步骤4:不断循环,使1-3步反复发生,导致严重的安全问题和容量下降
c.金属锂负极的不同挑战之间的联系,源于高的反应活性和极大的相对体积变化
2.稳定金属锂负极的电解质工程
电解质添加剂已被用来改善锂负极的性能。这些添加剂可以在锂表面分解,聚合或者吸附,修饰SEI的物理化学性能,调节锂沉积过程中的电流分布。添加剂的存在,有时甚至在ppm量级,也能改变沉积形态和循环效率。典型的添加剂有气体分子(CO2,SO2,N2O)、2-甲基呋喃、有机芳香族化合物以及各种表面活性剂等。
2.1含氟化合物
在碳酸盐电解质中加入少量的HF和H2O可以在锂表面形成稠密且均一的LiF/Li2O双分子层,使锂的沉积变得平滑。然而库伦效率不高、循环几次之后保护作用消失是该方法存在的问题。氟盐例如LiPF6、(C2H5)4NF(HF)4和LiF等也存在类似的问题。氟代碳酸乙烯酯是一种薄膜形成添加剂,可在锂表面形成柔软的薄膜,抑制锂枝晶生成,提高库伦效率。
2.2自修复静电场
在碳酸盐电解质中加入Cs+和Rb+等添加剂,可以通过“自修复静电场”机理避免锂枝晶的形成。如果金属离子(M+)添加剂具有比锂更低的还原电势,在锂沉积的过程中,M+会吸附在锂表面而不被还原。如果发生了不均匀的锂沉积,凸起处的电荷积累将会吸引更多的M+形成静电场。正电荷电场将会排斥锂离子,降低凸起的蔓延,从而改善锂的沉积质量。
图2不同电解质添加剂的影响
a.基于自修复静电场理论的锂沉积过程图解。M+会吸附在凸起处形成静电场,排斥锂离子,减缓凸起的生长
b.1M没有添加剂的LiPF6/丙烯碳酸盐在0.1mAcm−2电流密度下锂的沉积形态
c.1M添加0.05M的CsPF6的LiPF6/丙烯碳酸盐在0.1mAcm−2电流密度下锂的沉积形态
d.280次循环之后7MLiTFSI(DOL/DME)电解质中锂金属锂表面的SEM图,可以看出表面没有枝晶生成
e.1.0mAcm−2电流密度下,1MLiPF6/PC(左)和4MLiFSI/DME(右)中锂在铜上沉积的表面形貌和光学照片
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
2025年“赛程”过半,各大企业的固态电池项目也开始加速“冲刺”。6月下旬以来,亿纬锂能、孚能科技、国轩高科、赣锋锂业等头部企业先后官宣。而且,这次不只是半固态电池的“先锋”,而是全固态电池的预期量产。市场也再次陷入兴奋,并且不断开始向纵深挖掘“话题”。然而,整个产业链真的准备好了吗
广东瑞庆时代新能源科技有限公司(下称:瑞庆时代)锂离子电池集装箱产品下线仪式26日在广东肇庆举行。该产品的正式下线,标志着广东首个涵盖从电芯生产到电箱、电柜和集装箱系统集成全链条研发制造的新型储能产业基地建成。宁德时代新能源科技股份有限公司(下称:宁德时代)是全球领先的新能源创新科技公
6月25日,在发生火灾近三周后,汽车运输船“MorningMidas”号最终在当地时间6月23日16:35左右,沉没于水深约5000米的太平洋水域。经打捞运营商ResolveMarine表示,“恶劣天气和海水逐渐渗入船体,加剧了最初火灾造成的损害,最终导致该船沉没。”本月初,一艘载有3000多辆汽车的轮船在太平洋起火,当时
6月25日,云南施甸县政府发布《2025年1—5月施甸县经济运行总体平稳》一文。文章披露,1—5月份,全县全部工业发电量47631万千瓦时,同比增长39.4%。其中,火力发电量3087万千瓦时、下降0.4%,水力发电量1422万千瓦时、增长28.9%,太阳能光伏发电量23586万千瓦时、增长99.6%,风力发电19536万千瓦时、
作者:莫子鸣1饶宗昕1杨建飞1杨孟昊2蔡黎明1单位:1.同济大学汽车学院;2.同济大学材料科学与工程学院引用本文:莫子鸣,饶宗昕,杨建飞,等.锂离子电池过充热失控气热模型构建及关键参数影响分析[J].储能科学与技术,2025,14(5):1784-1796.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2025.0262本文亮点:(1)构建了
6月23日,苏州市生态环境局发布受理环境影响报告书(表)情况的公示。其中,江苏都桐科技有限公司新建锂离子电池用再生黑粉生产及再生磷酸铁锂测试电芯研发项目在列,标志着这家“锂电新秀”进一步构建产业布局。江苏都桐科技有限公司,是一家成立于2024年8月22日的高新技术企业,位于江苏省苏州市
北极星储能网获悉,6月23日,国家市场监管总局关于发布电动平衡车等136种产品质量监督抽查实施细则的公告。其中包括电动汽车充电桩产品质量监督抽查实施细则、电子产品用锂离子电池和电池组产品质量监督抽查实施细则、电动汽车用动力蓄电池单体产品质量监督抽查实施细则。其中,电动汽车用动力蓄电池单
近日,福建龙岩市生态环境局就年产1GWh三维固态锂电池项目环评文件审批意见进行公示。文件显示,项目位于龙岩高新区(经开区)高陂镇平在村北环路,主要建设标准化厂房1栋7层、办公综合楼、原料库、产品库及配套建设环保工程和纯水制备、制氮相关辅助工程,用地面积27675平方米。项目以磷酸铁锂、NMP、
今天起,全国各地陆续公布2025年高考分数线,成绩“出炉”后,如何选择院校及专业?中关村储能产业技术联盟(CNESA)对当下热门专业——储能科学与工程进行了解读,包括专业特点、院校选择、就业前景与发展潜力、重点高校专业培养特色等方面进行了梳理和更新,供考生和家长决策参考。专业背景与战略意
退役锂电池,特别是退役动力锂电池,正在从“环境负担”蜕变为战略资源。随着全球新能源产业的加速发展,退役锂电池这座“城市金矿”,正引发各国在回收网络、技术标准和资源循环利用上的激烈博弈。不过,近日央视新闻报道,“目前我国动力电池回收行业存在一个普遍困境:合规企业守规矩却难赚钱,不合
作者:汪红辉1,3李嘉鑫1,3储德韧1,2,3李彦仪1,3许铤2,3单位:1.上海化工研究院有限公司;2.上海化工院检测有限公司;3.工信部工业(电池)产品质量控制和技术评价上海实验室引用本文:汪红辉,李嘉鑫,储德韧,等.磷酸铁锂电池存储失效机理及热安全性研究[J].储能科学与技术,2025,14(5):1797-1805.DOI:10.1
2025年“赛程”过半,各大企业的固态电池项目也开始加速“冲刺”。6月下旬以来,亿纬锂能、孚能科技、国轩高科、赣锋锂业等头部企业先后官宣。而且,这次不只是半固态电池的“先锋”,而是全固态电池的预期量产。市场也再次陷入兴奋,并且不断开始向纵深挖掘“话题”。然而,整个产业链真的准备好了吗
赣锋锂业6月25日在2024年年度股东大会上表示,公司已形成固态电池全链路布局,覆盖硫化物电解质及原材料、氧化物电解质、金属锂负极等关键环节。公司同步推进硅基与锂金属负极双路线,其中400Wh/kg电池循环寿命突破800次并完成工程验证;首款500Wh/kg级10Ah产品实现小批量量产。硅基体系实现320-450Wh/
在全固态电池产业化征途中,硫化物路线技术突破不断提速。近期,亿纬锂能在互动平台表示,目前该公司已完成Ah级软包硫化物全固态电池样品开发,百MWh的中试线预计在2025年投入运行。该公司计划于2026年实现全固态电池生产工艺的突破,推出一款高功率、高环境耐受性及绝对安全的全固态电池,主要用于混
“负极都使用金属锂。”近日,中国锂业巨头,赣锋锂业表示,其二代混合固态锂电池采用金属锂作为负极,开发的高比能电池能量密度达到420Wh/kg,循环寿命超过700次。随着固态电池的开发和量产,原先限制锂金属负极应用的锂枝晶问题正在被解决,新的技术不仅可以抑制锂枝晶的生长,固态电解质隔膜更可以
“3.29小米SU7高速碰撞爆燃”事件后,小米汽车与雷军便被推上了风口浪尖,电池安全问题更是再度引起热议。近日,小米突然入股了一家固态电池企业——合肥因势新材料科技有限公司。公司新增小米旗下瀚星创业投资有限公司、强邦新材、合肥市包河区科创种子基金合伙企业(有限合伙)为股东,注册资本由100
北极星储能网获悉,5月21日,赣锋锂业在接待活动上提到,在固态电池领域公司已形成固态电池全链路布局,在硫化物电解质及原材料、氧化物电解质、硅碳负极、金属锂负极、电芯、电池系统等固态电池关键环节具备了研发、生产能力,并加快推动固态电池商业化应用。公司在固态电池方面开发的高比能电池能量
中国动力电池行业的扩张步伐正在持续,头部企业中创新航与国轩高科近期的投资动作再次印证了这一趋势。与此同时,一个显著的并行现象是,围绕大圆柱电池、固态电池及其相关新材料的产能布局正变得日益密集,呈现出“拥挤”的态势。中创新航公布了大规模的扩产计划。其成都项目二期已于3月底动工,该项
北极星储能网获悉,4月10日,江西赣锋锂业集团股份有限公司披露公司固态电池项目研发进展。表示公司已形成固态电池全链路布局,在硫化物电解质及原材料、氧化物电解质、金属锂负极、电芯、电池系统等固态电池关键环节具备了研发、生产能力,并加快推动固态电池商业化应用。1、技术突破与产品矩阵双向发
聚焦硫化锂与锂金属负极。在中国锂行业面临周期性挑战之际,两大龙头企业赣锋锂业和天齐锂业正将其战略目光投向下一代电池技术,近期相对明确地公开了各自在固态电池领域的系统性布局。两家公司均重点发力硫化锂和金属锂负极这两大关键材料,此举被视为在传统锂盐业务承压背景下,寻求新增长曲线的重要
北极星储能网获悉,3月18日,道氏技术在互动平台回答投资者提问时表示,公司不断深化拓展固态电池关键材料的布局,积极夯实固态电池材料工艺技术,整合研发力量,推动材料的优化创新和产能建设。公司有信心快速推进单壁碳纳米管、硅碳负极、固态电解质、金属锂负极等固态电池关键材料的大规模产业化,
作者:梅悦旎,屈雯洁,程广玉,向永贵,陆海燕,邵晓丹,张益明,王可单位:空间电源全国重点实验室,上海空间电源研究所引用本文:梅悦旎,屈雯洁,程广玉,等.锂离子电池正极补锂技术研究进展[J].储能科学与技术,2025,14(1):77-89.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0767本文亮点:1、本文对当前主流的正极
近日,四川省经济和信息化厅发布经信系统重点调度的2025年500个重点工业和技术改造项目名单,项目总投资17048.9亿元,2025年计划投资3291.6亿元。其中包含川投泸州天然气发电及配工程项目、四川华电内江白马2×475兆瓦燃机示范项目、四川达州燃气电站二期工程、国家电投川东北高效清洁煤电综合利用一体
在全固态电池产业化征途中,硫化物路线技术突破不断提速。近期,亿纬锂能在互动平台表示,目前该公司已完成Ah级软包硫化物全固态电池样品开发,百MWh的中试线预计在2025年投入运行。该公司计划于2026年实现全固态电池生产工艺的突破,推出一款高功率、高环境耐受性及绝对安全的全固态电池,主要用于混
北极星储能网获悉,6月18日,华盛锂电在投资者互动平台上表示,固态电池凭借其高能量密度、高安全性等优势,应用前景十分广阔。公司近年持续关注固态电池材料的研发,目前已完成了多种固态/半固态电池适配材料的实验室试制,比如半固态电解质添加剂双三氟甲磺酰亚胺锂、高纯硫化锂、新型硅碳负极、单壁
北极星储能网获悉,近日,璞泰来接待机构调研,重点回应公司在固态电池领域的布局情况。在设备端,璞泰来主要围绕固态电池前段、中段工艺设备解决方案进行研发投入,截至目前已形成多业务线条的技术布局。具体来说,公司固态电池相关干法成膜设备、干法复合设备、湿法涂布机、锂金属负极成型设备、搅拌
“负极都使用金属锂。”近日,中国锂业巨头,赣锋锂业表示,其二代混合固态锂电池采用金属锂作为负极,开发的高比能电池能量密度达到420Wh/kg,循环寿命超过700次。随着固态电池的开发和量产,原先限制锂金属负极应用的锂枝晶问题正在被解决,新的技术不仅可以抑制锂枝晶的生长,固态电解质隔膜更可以
北极星储能网获悉,6月6日,瑞丰高材披露投资者关系活动记录表,对于黑磷作为负极材料的应用问题进行了回答。瑞丰高材表示,通过将黑磷与石墨等材料按优化比例进行机械球磨复合,可制备高性能磷碳负极材料。黑磷的理论比容量是石墨的7倍。硅的理论比容量虽然也很高,但硅在充放电过程中膨胀严重,且相
北极星储能网获悉,6月3日,鹿山新材在投资者互动平台上表示,公司硅碳负极功能粘接材料(PAA)已通过3C电子客户的系统性验证并批量供货。公司PAA可用于液态/半固态/固态锂电池中硅基负极极片的粘接,能够有效提升硅碳负极的循环稳定性与电池续航。考虑到人形机器人主要在室内场景使用及充电,安全性至
北极星储能网获悉,5月21日,赣锋锂业在接待活动上提到,在固态电池领域公司已形成固态电池全链路布局,在硫化物电解质及原材料、氧化物电解质、硅碳负极、金属锂负极、电芯、电池系统等固态电池关键环节具备了研发、生产能力,并加快推动固态电池商业化应用。公司在固态电池方面开发的高比能电池能量
5月16日,欣旺达动力产品线总经理何轩博士应邀出席CIBF2025第十七届深圳国际电池展,重磅发布欣旺达动力闪充电池4.0全新超充电池产品矩阵:全球首款1400A闪充电池欣星驰2.0,1min极充150km#x2B;,油电同速、快无止境;欣星驰2.0长续航版,兼顾6C峰值倍率,800km#x2B;续航,打造超充长续航产品标杆;增
电芯已成为当下市场经济发展的主要推手,技术也亟需突破。2025年,储能电芯已进入深度洗牌与技术博弈的产业周期;与此同时,新能源汽车高速发展正在倒逼动力电池向“更严苛的安全标准”、“更全面的性能提升”方向进行着“质”的跃迁;此外,低空经济的推进下,激活了eVTOL电池市场。在这场电芯产业竞
北极星储能网获悉,5月13日,四川内江市埃普诺硅碳负极新材料项目一期正式投产,已建成的3条产线,年产能将达6万吨。据悉,该项目总投资105亿元,分两期实施,全部建成达产后,预计可实现年产值约360亿元,将有力填补内江电池负极材料产业领域空白。硅碳负极材料的比容量可以达到天然石墨电极、人工石
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!