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青岛储能产业技术研究院研究人员对锂金属电池用电解液进行优化,设计了含有添加剂的双盐电解液、改性聚碳酸亚乙烯酯基高电压聚合物电解质以及刚柔并济的高锂离子迁移系数的复合电解质,对开发高能的锂金属二次电池的具有较好的指导意义。
本文来源:中科院青岛生物能源与过程研究所 微信公众号 ID:official-qibebt
1研究背景
随着经济全球化以及科技的快速发展,人类对能源的需求日益增加,尤其是近年来电动汽车和移动电子设备的蓬勃发展,高能量密度储能材料成为科学研究的焦点。尽管传统的以石墨为负极材料的插层式锂离子电池在电子设备产品市场中占据重要地位,然而它的能量密度已经接近其上限,逐渐无法满足消费者的使用需求。与插层式的锂离子电池相比,以金属锂直接作为负极使用的锂金属电池(如Li-S,Li-O2等电池体系)在能量密度方面表现出得天独厚的优势,已经成为近期的研究热点。然而,金属锂阳极在使用过程中表现出许多亟待解决的实际问题。首先,它具有极高的电化学还原性能,在充放电过程中极易与电解液反应,大量消耗活性锂和电解液。其次,不可控的枝晶生长和电极体积变化以及逐渐积累的副反应产物和“死锂”始终是金属锂阳极面临的严峻问题。
图1(a)DMA与锂金属表面成分反应示意图;(b)TEGDME/DME(1:1)中5 mg mL-1的DMA被金属锂处理前后(蓝线为处理前,红线为处理后)的发射光谱曲线;(c)DMA探针法观察循环后锂金属表面活性锂分布的过程
依托中科院青岛能源所建设的青岛储能产业技术研究院(以下简称“青岛储能院”)研究人员深入分析了锂金属的特性,考虑到实际应用中的客观情况,首先从原位实时形成角度来构筑人造界面(Chem. Mater. 2017, 29, 4682-4689),实现负极稳定的锂沉积和脱出;此外,工作人员对锂金属电池用电解液进行优化,分别设计了含有添加剂的双盐电解液(Small, 2019, 1900269),改性聚碳酸亚乙烯酯基高电压聚合物电解质(J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 5295-5304)以及刚柔并济的高锂离子迁移系数的复合电解质(Small, 2018,14, 1802244),对金属锂阳极的界面进行有效的改性调控,对开发高能的锂金属二次电池的具有较好的指导意义。其中,实验所用添加剂为青岛储能院自主开发的新型大阴离子结构的全氟叔丁氧基三氟硼酸锂(LiTFPFB)。
2研究进展
随着锂金属阳极保护工作的不断深入,研究人员对锂金属电池中的锂枝晶和“死锂”导致的失效机理越发关注,但是由于两者相似的形貌,如何观测和区分两者是一个非常有挑战的课题,而这个问题对于了解电池失效机理和预测锂金属电池的循环寿命极其重要。为描述锂金属负极表面活性锂物种分布,并区分锂枝晶和“死锂”,青岛储能院的研究人员受分析化学中荧光探针方法的启发,设计了一种 9,10-二甲基(DMA)荧光探针,通过传统可见光学手段完成了这项任务,该技术得到了国际同行的肯定,相关成果撰写了题目为“Fluorescence Probing of Active Lithium Distribution for Lithium Metal Anode”的科研论文(Angewandte Chemie International Edition,2019,DOI:10.1002/anie.201900105)。
3研究意义
在电池进行充放电循环后,金属锂负极表面可能会产生副产物积累(大量副产物包覆会使活性锂失活,即产生“死锂”)。因此研究人员将荧光小分子DMA均匀涂覆在循环后的锂金属表面。由于DMA可以与活性锂发生荧光猝灭的反应,而在副产物表面保持稳定,因此可以表征锂离子电池阳极表面活性锂及其副产物在各种电解质中的分布情况,为锂离子电池电解质的选择提供了重要的参考依据;在锂沉积溶解过程中,副产物的积累被可视化和半定量地识别出来,可以把电池的性能衰减与副产物的量联系起来,实现对电池性能失效的防控预警;在循环后的锂负极表面可以清楚地识别出锂枝晶和“死锂”的位置, 能够对失效电池进行原因分析。这项技术为锂金属电池的失效机理分析提供了一个思路和方向。
相关系列研究获得了国家自然科学基金杰出青年科学基金,新能源汽车固态电池项目,中科院深海先导专项,山东省重点研发计划基金,中科院青年促进会基金等项目支持。
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近日,大连化物所催化基础国家重点实验室无机膜与催化新材料研究组(504组)杨维慎研究员和朱凯月研究员团队在锌离子电池电解液研究方面取得新进展,揭示了电解液中水含量对正负极界面动力学和可逆性的影响,发现通过适当的调控电解液中的水含量,可以打破锌离子电池中高容量和长寿命难以兼得的限制,
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LG新能源公司1月25日表示,将向美国初创公司SionPower进行股权投资,以开发下一代电池。这笔投资将用于开发锂金属电池的技术合作,这种电池使用锂金属阳极而不是石墨或硅阳极,与现有的锂离子电池相比,可以实现更高的能源效率。LG新能源没有透露这笔投资的具体金额和其他细节。
美国国橡树岭国家实验室(ORNL)的科研人员开发出一种新型锂基固态电解质材料Li9N2Cl3。该材料表现出优异的锂相容性和大气稳定性,可用于制造高面积容量、持久的全固态锂金属电池。Li9N2Cl3具有无序的晶格结构和空位,有效促进了锂离子传输,且由于其固有的锂金属稳定性,可以在10mA/cm2的电流密度和10
近日,深圳欣视界科技有限公司(下称:欣视界)正式完成Pre-A+轮亿元融资,本轮融资由高瓴创投(GLVentures)领投,智慧互联基金、齐鲁前海基金、客户亿航智能和老股东峰和资本等跟投。融资将主要用于技术研发、市场开拓和产线生产交付等。据公开资料显示,欣视界成立于2020年,是一家专注于固态锂金属
近日,中国科学技术大学姚宏斌课题组、李震宇课题组与浙江工业大学陶新永课题组合作,设计开发出镧系金属卤化物基固态电解质新家族LixMyLnzCl3(Ln为镧系金属元素,M为非镧系金属元素)。实现无任何电极修饰且室温可运行的全固态锂金属电池。相关研究成果于4月5日发表在Nature杂志上。
开发能量密度高、安全性能好的锂金属电池体系具有重要意义。相比于传统嵌入反应型电池,锂-氟化铁转换反应型电池在质量和体积能量密度上具有2-3倍的优势(例如,相比于Li-LiCoO2的350Wh/kg,Li-FeF3的850Wh/kg),可以满足下一代移动电源对超长续航能力和便携性的要求。然而,该电池体系通常会遭受正极
锂金属负极理论容量高、反应电位低,因此锂金属电池具有更高的能量密度和更广泛的正极材料选择,然而有机电解液的易燃性和锂枝晶的不可控生长使得锂金属电池存在一定安全隐患。采用固态电解质取代电解液可以在根本上提高电池的安全性和稳定性。其中掺杂的石榴石型固态电解质Li7La3Zr2O12(LLZO)具有室
近日,中国科学院大连物理化学研究所催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组(508组)吴忠帅研究员、郑双好副研究员团队,设计了三维多孔导电亲锂的Ti3C2TxMXene骨架用于高容量、无枝晶金属锂负极,匹配三维多孔导电、超高载量磷酸铁锂正极,研制出高能量密度、长寿命锂金属电池。锂金属
近日,在2022全国大众创业万众创新活动周之“锂金属电池创新技术论坛”上,盟维科技位于合肥经开区的锂金属电池自动化制造线及z21创新实验室正式启用。据悉,盟维科技自主开发的新一代锂金属电池能量密度已突破550Wh/kg。该公司研发的450Wh/kg锂金属电池也在两年前实现商业化量产交付。锂金属电池也被
电池代有新材出,各领风骚数十年。在过去的一个多世纪,电池行业的发展一直伴随着技术革命。从铅酸电池、镍镉电池,到碱性电池、镍氢电池,再到锂离子电池。如今,比锂离子电池能量密度更高的锂金属电池,正在加速其产业化进程。(来源:微信公众号“电池中国”ID:cbea_battery作者:马斯克斯)日前,
北极星储能网获悉,9月19日,据外媒报道,美国哈佛大学科学家为电动汽车开发了新型固态锂金属电池,该电池有望实现3分钟内完全充电,并且可持续使用20年。初创公司AddenEnergy宣布已获哈佛大学技术发展办公室独家技术许可,用于推进该技术的商业化,其目标是将电池缩小为手掌大小的“软包电池”,其组
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