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周豪慎等今日Nature Energy：無負(fù)極鋰電壽命再突破，軟包300圈！

時間:2021-06-18 11:44來源:能源學(xué)人作者:Energist

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第一作者：喬羽

通訊作者：周豪慎

通訊單位：日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究院 (AIST) 南京大學(xué)

【研究亮點】

1. 通過在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM-811)正極材料表面引入Li₂O作為預(yù)載犧牲材料，提供額外的鋰源以補償初始無負(fù)極電池長期循環(huán)過程中鋰的不可逆損失。

2. 實現(xiàn)了長壽命2.46 Ah初始無負(fù)極軟包電池，重量能量密度為320 Wh kg^–1，在300次循環(huán)后仍保持80%的容量。

【主要內(nèi)容】

由于采用了鋰金屬作為負(fù)極材料，鋰金屬電池被認(rèn)為是未來最有前途和最可行的高能量密度可充電電池技術(shù)。然而，它的能量密度和安全性較差，因此需要改進(jìn)電池設(shè)計。無負(fù)極全電池結(jié)構(gòu)由完全鋰化的正極和負(fù)極銅集流體構(gòu)成。在這種無負(fù)極鋰電池中，重量和體積能量密度都可以擴(kuò)展到最大極限。當(dāng)前無負(fù)極鋰電池結(jié)構(gòu)面臨的主要問題是鋰金屬沉積或剝離過程的可逆性及穩(wěn)定性。

鑒于此，周豪慎教授團(tuán)隊在NCM-811正極材料表面引入Li₂O作為預(yù)載犧牲材料。在這種電池體系中，Li₂O 在經(jīng)過電化學(xué)氧化過程后提供了額外的鋰源，以抵消循環(huán)過程中不可避免的鋰損失，從而顯著提高循環(huán)穩(wěn)定性。此外，Li₂O 的分解會釋放O²⁻，O²⁻ 進(jìn)一步與電解質(zhì)中的氟化醚反應(yīng)，從而在NCM正極材料上形成基于LiF的致密SEI層。基于這種設(shè)計的無負(fù)極紐扣電池已被證明在300次可逆循環(huán)中容量保持率超過90%。同時還實現(xiàn)了高能量密度初始無負(fù)極軟包電池，容量為 2.46 Ah，電池級能量密度超過 320 Wh kg _pouch^–1，300次循環(huán)后容量保持率為80%。

與傳統(tǒng)的正極涂層和負(fù)極改性策略相比，犧牲雙功能的Li₂O 層既補充了負(fù)極鋰儲庫并同步促進(jìn)了正極保護(hù)層的形成，從而顯著提高了無負(fù)極鋰電池的循環(huán)壽命。在軟包電池級別實現(xiàn)的高能量密度和長循環(huán)性能為設(shè)計更實用的無負(fù)極鋰電池結(jié)構(gòu)開辟了新的道路。

Fig. 1 | Cathode and electrolyte design strategies for the anode-free Li cell system.

Fig. 2 | Evaluation of Li-metal plating/stripping reversibility and initial-anode-free full-cell cycling performance in a coin cell.

Fig. 3 | Characterization of the NCM@Li₂O cathode in the initial precharging process.

Fig. 4 | Proposed mechanism for the construction of the LiF cathode surface protective layer by the synergy between the HFE additive and oxidized Li₂O.

Fig. 5 | Performance of 320 Wh kg^–1 initial-anode-free Li pouch cells.

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：電池軟包電池

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