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
具有高理论比容量、低氧化还原电位的金属锂负极,有望助力下一代高能量电池的实现。然而,液态电解液体系中金属锂负极的枝晶问题饱受诟病。枝晶生长不但能够导致锂的不可逆容量损失,还可能引发电池短路乃至爆炸。科学家们对枝晶生长机理进行了广泛研究,其中得到广泛认可的Chazalviel模型指出,枝晶成核时间受到电解质离子浓度、阴/阳离子迁移率和有效电流密度的影响。提高电解质的锂离子迁移率,降低阴离子迁移率,将有效延长成核时间,抑制枝晶生长。
近期,中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所从枝晶生长机制出发,设计了一种促进锂离子快速传输和均匀沉积的非对称凝胶聚合物电解质(Asymmetric GPE)膜,用于无枝晶生长的金属锂电池。
首先,经分子动力学(MD)模拟结果证明,PVDF分子链上极性单元能以离子-偶极子作用力结合电解质中的PF6-(图1c),而Li+则在体系中表现出更高的扩散系数(图1e)。利用聚合物这种性质,该团队设计了独特的膜结构用于调节电解质离子分布。其中,占主要部分的竖直孔道层,能够缩短内部传输路径,实现离子快速传导;与锂负极接触面的纳米孔层,起到重新分布和均匀化锂离子流的作用。充电过程中,PF6-被束缚在聚合物基体上,而Li+能够快速传导至负极并均匀沉积,从而实现无枝晶金属锂电池。
这种非对称结构的聚合物膜由冷冻铸造结合相转化法制得(图2a)。将PVDF-HFP的DMSO溶液在铜板上刮膜并转移至低温的铜冷却器上,利用温度梯度下溶剂冰晶的成核与定向生长形成独特的非对称结构,并在非溶剂中完成固化。经SEM表征,该膜主体部分呈平行排列的孔道结构,而底层为相对致密的纳米孔结构,上下表面相应呈现多孔和致密的形貌。此非对称PVDF-HFP膜经电解液(1MLiPF6inEC/DEC)活化后即得到Asymmetric GPE。与基于多孔膜的PorousGPE相比,Asymmetric GPE具有更高的孔隙率、电解液吸附率,更低的内部曲折度,以及更优秀的力学性能。
经测试,Asymmetric GPE具有与计算结果相符的高锂离子迁移数t+(0.66),明显优于液态电解质(0.34)。同时,独特孔道结构的Asymmetric GPE表现出优异的离子传输性能。20℃下,其离子电导率为3.36 mS cm-1,接近于纯液态电解质,优于PorousGPE和商用Celgard隔膜。Asymmetric GPE优秀的锂离子传导性能将有助于无枝晶锂负极和高性能金属锂电池的实现。
研究人员对金属锂的沉积形貌进行表征。Asymmetric GPE下的锂沉积层致密且平滑,而液态电解质下则出现众多不均匀的锂枝晶(图5a-d)。同时,GPE沉积过程具有更低的成核和稳态电位,意味着优秀的沉积动力学(图5e)。Li|Li对称电池也印证了这一结论(图5f)。在1mA cm-2,1mAh cm-2条件下,GPE电池循环过电位更低,稳定循环250小时以上;而液态电池循环60小时后即开始不稳定,200小时后失效。这些结果证明了Asymmetric GPE对锂枝晶生长的有效抑制。
研究人员组装磷酸铁锂(LFP)为正极的金属锂电池,进一步验证了Asymmetric GPE的优异性能。首先,GPE电池具有较低的界面阻抗(图6a),说明电极与电解质更紧密的贴合和更均匀的离子分布。30℃下,GPE电池在0.2C倍率下表现出156 mAh g-1的高放电比容量,而在0.5C,1 C和5C下也具有149, 140和101mAh g-1比容量,远高于等量电解液的液态电池(图6b)。在2C循环测试中,GPE电池稳定循环600圈后,平均库伦效率达到99.5%;而液态电池循环300圈后容量便快速衰减,且平均库伦效率只有97.9%(图6c)。LFP|Li电池结果说明,具有快速锂离子传导和抑制锂枝晶功能的Asymmetric GPE,有助于实现金属锂电池保持高库伦效率和稳定循环。
以上研究成果以Asymmetric Gel Polymer Electrolyte with High Lithium Ionic Conductivity for Dendrite-free Lithium Metal Batteries为题发表在Journal of Materials Chemistry A上(doi.org/10.1039/D0TA01883J)。第一作者为中国科大硕士研究生李麟阁,通讯作者为项目研究员刘美男。
文章链接
图1.(a)不对称结构Asymmetric GPE以及(b)离子传输示意图。计算模拟(c)PF6-和(d)Li+与PVDF的径向分布函数,(e)离子在PVDF中扩散系数。
图2.(a)非对称聚合物膜制备示意图。(b-d)非对称聚合物膜GPE实物图。
图3. 聚合物膜SEM图像。(a)非对称聚合物膜与(b)多孔膜对比样横截面,(c, d)平行孔道层和(e, f)纳米孔层的截面与表面。
图4.电解质离子传输性能表征。(a)Asymmetric GPE锂离子迁移数测试,(b)拉曼光谱,(c)离子电导率Arrhenius曲线与(d)离子传输性能。
图5.电解质对金属锂沉积的影响。(a-d)Asymmetric GPE与Celgard+LE在铜箔表面沉积锂形貌SEM图像,(e)金属锂的沉积电位,(f)Li|Li对称电池循环过电位。
图6.Li|LFP电池测试。Asymmetric GPE与Celgard+LE的(a)电池阻抗测试,(b)倍率性能,(c)长循环性能与库伦效率。
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。
北极星储能网获悉,蓝海华腾5月8日在投资者互动平台表示,公司投资了高能时代(珠海)新能源科技有限公司1200万元,高能时代硫化物全固态锂电池研发进展顺利,目前已经完成20Ah级全固态电芯A样开发,同时高能时代正在搭建中试线,预计2024年底可以实现5Ah以内小电芯量产。
据广州海关5月7日消息,该关近日研究制定16条促进新质生产力发展措施,将从促进产业科技创新、支持建设高能级高开放平台、提升产业链供应链韧性等多方面,持续强化监管、优化服务,促进新质生产力发展。在促进产业科技创新方面,支持符合免税资质的科技创新主体享受相关税收政策。聚焦高水平科技创新等
据广州海关7日消息,该关近日研究制定16条促进新质生产力发展措施,将从促进产业科技创新、支持建设高能级高开放平台、提升产业链供应链韧性等多方面,持续强化监管、优化服务,促进新质生产力发展。在促进产业科技创新方面,支持符合免税资质的科技创新主体享受相关税收政策。聚焦高水平科技创新等重
5月8日,工信部公开征求对锂电池行业规范条件及公告管理办法(征求意见稿)的意见。征求意见稿提到,引导企业减少单纯扩大产能的制造项目,加强技术创新、提高产品质量、降低生产成本。使用三元材料(镍钴锰酸锂)的能量型单体电池能量密度≥230Wh/kg,电池组能量密度≥165Wh/kg;使用磷酸铁锂等其他材
时值中法建交60周年,当地时间5月6日下午,国家主席习近平在巴黎同法国总统马克龙共同出席中法企业家委员会第六次会议闭幕式,并发表题为《继往开来,携手开创中法合作新时代》的重要致辞。万帮数字能源股份有限公司董事长、星星充电创始人、CEO邵丹薇女士应邀参加会议。当天,星星充电与施耐德电气就
据准格尔旗发布消息,近日,总投资27.15亿元的鄂尔多斯新创新材料有限公司年产8万吨锂离子电池负极材料项目进入投产倒计时。据了解,该项目总投资27.15亿元,主要以石油焦、针状焦和固体沥青为原料,经磨粉、造粒、低温炭化等工艺流程,生产广泛应用于动力电池及储能领域的锂离子电池负极材料,设计年
北极星电池网获悉,据魅力安宁消息,用地及周边地块(地块一)场地平整工程进行竣工验收。安宁产业园区第G012、G013批城镇建设用地及周边地块(地块一)场地平整工程项目作为安宁市招商引资项目的重要配套工程,旨在服务孚能科技24GWh磷酸铁锂电池项目的顺利落地。
近日,国际能源署(IEA)发布了报告《电池与安全能源转型特别报告》。报告中指出,得益于成本下降、推进创新和支持性产业政策等,2023年电池在电力行业的部署量同比增加一倍以上,其增长超过几乎所有其他清洁能源技术,对于实现气候和能源目标至关重要。报告提到,电力行业的电池储能是2023年商用增长
近日,由工业和信息化部组织起草的《电动自行车用锂离子蓄电池安全技术规范》(GB43854—2024,以下简称《技术规范》)强制性国家标准已由市场监管总局(国家标准委)发布,将于2024年11月1日正式实施。现就《技术规范》有关内容解读如下:一、《技术规范》制定的背景是什么?近年来,我国电动自行车产
为进一步提升电动自行车锂离子蓄电池质量安全水平,促进行业安全健康发展,由工业和信息化部负责组织起草的《电动自行车用锂离子蓄电池安全技术规范》(GB43854—2024,以下简称《技术规范》)强制性国家标准近日由国家市场监管总局(国家标准委)正式发布。当前,电动自行车已成为消费者日常生活的重
北极星储能网讯,4月30日,深圳市工业和信息化局关于征求《磷酸铁锂废旧电池湿法回收技术规范(征求意见稿)》地方标准意见的通告发布。以下为原文内容:各有关单位、专家:根据《深圳市市场监督管理局关于下达2023年深圳市地方标准计划项目任务的通知》要求,由深圳佳彬科技有限公司、清华大学深圳国
资本市场追捧,厂家不断爆料,媒体鼓噪,令固态电池异常活跃。不缺新闻的固态电池行业日前爆出一则新闻。广汽技术人员对外表示:其全固态电池容量超30Ah,能量密度约为400Wh/kg、910Wh/L。固态电池有氧化物、硫化物、高分子聚合物三大技术路线,(技术人员发现)单纯的一条路线不能解决所有问题,广汽
据“乐陵经济开发区”消息,目前,金启航乐陵基地固态隔膜车间进度:隔膜涂覆线生产工艺优化方案已确定,图纸设计完成,各项施工改造工作正在有序推进,力争4月底完成改造任务;电芯车间根据佛山基地试验研究情况实时优化设计方案。山东金启航新能源科技有限公司位于山东乐陵经济开发区,注册资本10000
4月19日晚间,振华新材发布2023年年度报告。年报透露,截至目前,公司已实现部分质高价优新产品的评估导入。在固态/半固态电池方面,公司正在配合客户开发相应的正极材料及氧化物、多硫化物等固态电解质。在钠离子电池正极材料方面,公司通过大单晶技术体系生产的单晶钠离子电池正极材料,材料结构完整
北极星储能网获悉,中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究团队解决了硫化物全固态电池叠层工艺的行业痛点及瓶颈问题,打通了硫化物全固态电池的大型车载电池制作工艺的最后一道难关,在硫化物软包电池叠片技术上取得关键性突破。制备的多层叠片软包电池循环300次容量几乎不衰减,性能还在继续测试中
韩国仁川国立大学与哈佛大学联合研究团队成功开发出一种耐疲劳的电解质膜。研究团队创造了一种由Nafion和全氟聚醚(PFPE)组成的互穿网络电解质膜。Nafion是一种常用的具有质子导电性的塑料电解质,PFPE则形成了一种耐用的橡胶聚合物网络,这种橡胶的加入虽然略微降低了电化学性能,但显著提高了耐疲劳
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
全固态锂电池可以克服目前商业化锂离子电池在安全性上的严重缺陷,同时进一步提升能量密度,对新能源车和储能产业是一项颠覆性技术。但是,由于全固态锂电池的核心材料—固态电解质—难以兼顾性能和成本,目前该技术的产业化仍面临巨大阻碍。6月27日,中国科学技术大学的马骋教授报道了一种新型固态电
近日,贵州磷化新能源公司开阳1万吨/年六氟磷酸锂项目试车工作取得圆满成功。此次试车成功,标志着项目具备了成熟的六氟磷酸锂生产条件和技术,标志着贵州磷化新能源公司掌握生产六氟磷酸锂的能力,不仅建成了贵州省内第一条六氟磷酸锂的生产线,实现了六氟磷酸锂从无到有的突破,也意味着磷化新能源公
界面涂层材料和固态电解质材料研发商陕西瑞智新能源科技有限公司(以下简称“瑞智新能源”)近日完成数千万元天使轮和天使+轮融资,由萃英创投、湖南湾田集团、西北工业大学联合投资。融资资金将用于产品迭代、生产设备扩充和初代产品交付等。瑞智新能源成立于2021年,是西北工业大学新能源电池领域首
据瑞逍科技消息,9月14日下午,瑞逍科技硫化物全固态电解质生产基地项目签约落户浙江衢州市龙游经开区。该项目总投资13亿元,进行硫化物系全固态电解质材料规模化生产,同时在生产设备、工艺流程方面形成标准。根据项目规划,预计2025年建成并达到百吨级全固态电解质生产能力,2028年实现年产6000吨全
北极星电池网获悉,9月7日,中科固能硫化物全固态电解质生产基地项目在江苏溧阳签约,该项目建成后将成为世界范围内首条百吨级规模化制备硫化物固态电解质的生产线,为未来建成万吨级别硫化物固态电解质的制备提供经验基础及数据支撑,并同时在设备设计、工艺路线等方面取得世界领先地位的核心关键知识
北极星电池网获悉,据魅力安宁消息,用地及周边地块(地块一)场地平整工程进行竣工验收。安宁产业园区第G012、G013批城镇建设用地及周边地块(地块一)场地平整工程项目作为安宁市招商引资项目的重要配套工程,旨在服务孚能科技24GWh磷酸铁锂电池项目的顺利落地。
北极星储能网讯,4月30日,深圳市工业和信息化局关于征求《磷酸铁锂废旧电池湿法回收技术规范(征求意见稿)》地方标准意见的通告发布。以下为原文内容:各有关单位、专家:根据《深圳市市场监督管理局关于下达2023年深圳市地方标准计划项目任务的通知》要求,由深圳佳彬科技有限公司、清华大学深圳国
北极星储能网获悉,4月30日,华能山西分公司-左权电厂新增储能调频系统设备安装项目中标候选人公示发布。中标候选人第1名:江苏金马工程有限公司,投标报价:2031000元;中标候选人第2名:洋山建设集团有限公司,投标报价:2132253元;中标候选人第3名:山西新东电力工程有限公司,投标报价:2945245元
北极星储能网获悉,4月29日,江苏巴达尔能源有限公司10GWh磷酸铁锂储能系统集成项目EPC总承包招标公告发布。江苏巴达尔能源有限公司10GWh磷酸铁锂储能系统集成项目EPC总承包招标公告
4月28日,悦达集团发布了盐城市正扬钢绳有限公司1MW/2MWh磷酸铁锂工商业储能项目施工总承包招标公告。盐城市正扬钢绳有限公司1MW/2MWh磷酸铁锂工商业储能项目施工总承包包括(包含但不限于)1MW/2MWh的工商业储能系统,本储能项目为2个0.5MW/1.0MWh并网单元,总容量为1MW/2.0MWh。储能系统通过2回0.4kV
尽管一季度以来排产高于预期,动力电池产业产能过剩的现象仍然存在。行业数据显示,2024年3月,动力电池装车率跌至46%,首次跌破50%的大关。在此背景下,低成本和差异化逐渐成为行业竞争获取更多市场份额的关键点。在极致成本的驱使下,部分企业电芯价格跌至0.38元/Wh的低点,正式进入到3毛时代。与此
北极星储能网获悉,4月26日,国电南京自动化股份有限公司招标项目工程和林格尔数据中心集群绿色能源供给示范项目磷酸铁锂储能电池系统采购批次评标结果公示发布。项目位于内蒙古和林格尔新区,容量64.8MW/259.2MWh。本标段包含容量64.8MW/259.2MWh的磷酸铁锂电池系统、预制舱/集装箱/电气室内的配套设
据贵州改革消息,4月21日,以“服务和融入国家战略共赢产业发展新未来”为主题的2024中国产业转移发展对接活动(贵州)在贵阳举办。此次活动上,贵州毕节磷煤化工一体化项目签约,金额730亿元。据悉,“贵州毕节磷煤化工一体化项目”拟投资建设年产150万吨磷酸铁和80万吨磷酸铁锂项目,配套建设磷化工
湖南裕能4月22日在投资者互动平台表示,到2023年年末,公司已有磷酸铁锂设计产能约70万吨,有效产能约56万吨。
近日,融和元储成功中标新华水力发电有限公司2024年度磷酸铁锂电化学储能系统集中采购。本次招标磷酸铁锂电化学储能系统集中采购规模4GWh,包括3GWh的0.5C系统(2h系统)和1GWh的0.25C系统(4h系统)。融和元储将为2024年度新华发电投资建设的新能源发电项目磷酸铁锂电化学储能系统提供全套的解决方案
4月1日,随着伊通220千伏变电站通信电源技改工程结束,方形铝壳结构、叠片式的磷酸铁锂电池第一次被应用在国网吉林省电力有限公司通信系统内。这是目前吉林省建成并投入试运行的首套电力通信磷酸铁锂电池系统。该系统存储容量1200安时,可在四平市伊通地区供电异常时保证伊通220千伏变电站通信站供电30
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!