中南大學AM：親鋰-疏鋰雙骨架助力鋰金屬電池

時間:2023-01-28 17:06來源:深水科技咨詢 作者:深水科技
點擊: 次
 
 
一、引言
 
      鋰金屬以其在可充電電池中的超高理論比容量(3860 mAh·g-1)和超低氧化還原電位(相對于標準氫電極為-3.04 V)的誘人特性重新引起了人們的興趣。然而，庫侖效率(CE)不足和安全隱患仍然是限制鋰金屬負極電池(LMBs)商業(yè)化應用的主要障礙。但是由于鋰金屬上脆弱的天然固體電解質(zhì)界面(SEI)很容易被鋰剝離/沉積過程中巨大的體積波動破壞，從而擾亂表面電流密度的分布，進而導致糟糕的鋰沉積形貌。此外，部分松散的鋰沉積結(jié)構(gòu)，如樹枝狀和苔蘚狀形態(tài)，更有可能在鋰剝離過程中與基板斷開電連接，并作為惰性和絕緣的“死”鋰層積聚在電極表面。由于電解質(zhì)和活性鋰的額外消耗，鋰枝晶和“死”鋰的形成被認為是LMBs低CE和過早失效的主要原因。更糟糕的是，劇烈的體積膨脹和Li枝晶生長不僅會破壞電極的結(jié)構(gòu)，甚至會引發(fā)火災和爆炸等安全隱患。即使完全致密的Li沉積，在LMA的充電/放電過程中Li+/Li的轉(zhuǎn)化也必然伴隨著約4.8微米/mAh cm-2的理論體積變化，這可能對具有幾十個疊置電極的軟包電池造成致命的結(jié)構(gòu)損壞和不期望的界面接觸。此外，有限的負/正(N/P)比對于高能量密度電池的設計至關重要，如果與商業(yè)含鋰正極匹配，則要求鋰箔的厚度低于30微米。不幸的是，在這種厚度下，Li箔的機械強度差，這使得它難以支撐自身并滿足LMBs的實際加工條件。
 
考慮到功能和結(jié)構(gòu)兩方面的需要，有必要為鋰金屬引入一種三維(3D)主體，它不僅可以作為鋰的儲庫來承受體積波動并抑制循環(huán)過程中鋰枝晶的生長，還可以作為框架來加強鋰箔的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和機械強度。目前在實驗室中制造了3D骨架，并且在扣式電池中驗證了顯著的進步，但是由于一些普遍的問題，例如復雜和昂貴的合成路線、超重的自身質(zhì)量以及額外的表面改性和Li復合工藝，對于大多數(shù)目前的3D主體來說，難以應用于實際的LMB。此外，親鋰納米涂層(ZnO，Cu3N，NiP等)可能由于寄生反應和額外的SEI形成而導致低的初始CE，盡管它們通過降低Li成核勢壘和局部電流密度而有效地抑制Li枝晶的生長。
 
由金屬Li相和LiB相組成特殊富鋰 Li-LiB(記為Li-B)復合材料由于其獨特的纖維狀和超輕LiB骨架而引起了人們極大的興趣。由于在剝離游離鋰和合金化鋰時存在電位差，因此在鋰硼復合材料中的大部分游離鋰可在鋰硼脫合金化反應之前利用，從而保持骨架的穩(wěn)定性。此外，熱力學穩(wěn)定的LiB相與Li具有良好的相容性，可以作為親鋰骨架誘導致密的Li沉積，而不需要額外的活化過程。然而，盡管有許多優(yōu)點，但離散的合金骨架在它們周圍的大部分游離Li被剝離后容易塌陷并聚集在一起，從而在有限的循環(huán)后逐漸失去3D主體的效果。

       二、正文部分

成果簡介
 
近日，中南大學的陳立寶教授等人通過機械軋制親鋰B納米纖維負載Li-B復合材料和疏鋰不銹鋼網(wǎng)（SSM）制備了無樹枝狀3D復合Li負極（Li-B@SSM）。Li-B@SSM負極具有分層親鋰-疏鋰雙骨架，在2 mA cm-2下表現(xiàn)出99.95%的超高庫侖效率和900 h的長壽命2 mA cm-2/1 mAh cm-2。可逆的鋰剝離/電鍍過程應與穩(wěn)健的親鋰-疏鋰雙骨架誘導的位點選擇性電鍍行為和空間約束效應密切相關，從而緩解了體積變化，抑制了鋰樹突的生長，減少了“死”Li的積累。更重要的是，Li-B@SSM負極的應用可行性在全電池中也得到了證實，其中Li-B@SSM|二氟乙烯4全電池在400次循環(huán)后顯示出97.5%的高容量保持率，而Li-B@SSM|S 軟包電池即使在實際惡劣的條件下也表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。這項工作為高效鋰金屬負極的簡單高效制備走向?qū)嶋H應用鋪平了道路。該研究以題目為“Highly Reversible Lithium Metal Anode Enabled by 3D Lithiophilic-Lithiophobic Dual-Skeletons”的論文發(fā)表在國際材料頂級期刊《Advanced Materials》。
 

圖片


圖文導讀

 

圖片

【圖 1】(a)Li-B@SSM復合負極制備過程示意圖。(b) Li-B和(d) Li-B@SSM的BSE圖像。(c) SSM的SEM圖像和(e)Li-B @ SSM負極的橫截面SEM圖像。(f)Li-B的x射線衍射圖(g)厚度為47 μm的大塊Li-B和Li-B@SSM單軸拉伸試驗得出的應力-應變關系

 

圖片

【圖 2】剝離5 mAh cm-2的Li后,(a)裸Li 、(e) Li-B 、(i) Li@SSM和(m) Li-B@SSM負極的SEM圖像。(b-d)裸Li、(f-h)Li-B、(j-l)Li@SSM和(n-p)Li-B@SSM負極在預剝離5 mAh cm-2和沉積1、3和5 mAh cm-2Li后的SEM圖像。模擬預剝離(q)裸Li、(r)Li-B、(s)Li@SSM和(t)Li-B@SSM負極的Li離子通量分布和電荷密度。所有圖像的比例尺為100 μm

 

圖片

【圖 3】(a)Li-B、Li-B@SSM和SSM骨架上鍍Li的電壓曲線。(B)Li-B和Li-B@SSM在2 mA cm-2和1 mAh cm-2下100次循環(huán)的平均CE測量值，基于Zhang及其同事提出的修改后的試驗方案。(c)對最近文獻中報道的消費電子產(chǎn)品的性能進行比較。[39-46](d)100mV恒定電壓下Li-B和Li-B@SSM負極的Tafel曲線和(e)計時電流測量。

 

圖片

【圖 4】在5 mA cm-2的電流密度下，在(a)裸Li、(B)Li-B和(c)Li-B@SSM電極上Li剝離/沉積過程的原位光學觀察。(d)裸Li、(e)Li-B和(f)Li-B@SSM負極的Li剝離和電鍍行為示意圖。

 

圖片

【圖 5】在(a) 2 mA cm-2和1 mAh cm-2，(b) 1 mA cm-2和5 mAh cm-2，(c) 3 mA cm-2和3 mAh cm-2和(d)在1 mAh cm-2的固定容量下從0.5增加到6 mA cm-2的電流密度下，對稱電池中的裸Li、Li@SSM、Li-B和Li-B@SSM的恒電流電鍍/剝離曲線。(e)在圖 (d)中的各種電流密度下，裸露的Li、Li-B和Li-B@SSM電極的相應電壓滯后。

 

圖片

【圖 6】裸Li|LFP、Li-|LFP和Li-B@SSM|LFP全電池的電化學性能。(a)循環(huán)性能，(B)倍率性能，以及(c)裸Li|LFP，(d) Li-B|LFP和(e) Li-B@SSM|LFP在不同循環(huán)下的選定充電/放電曲線。(f)使用S作為正極的軟包電池的循環(huán)性能。(g )(f)中電池的選定充電/放電曲線。
 

總結(jié)和展望

 
綜上所述，通過簡單的卷對卷機械壓制方法，構(gòu)建了一種可工業(yè)化應用的具有功能性雙骨架的自支撐復合Li負極。剛性的SSM框架將親鋰LiB納米纖維錨定在網(wǎng)格中，以形成堅固的分級雙骨架，這抑制了Li沿一些局部熱點過度剝離，并促進了局部電流密度的均勻分布。此外，在剝離Li之后，暴露的LiB骨架，對鋰具有更好的親和力，可以在這些微型柵格中誘導選擇性的無枝晶鋰電鍍。此外，SSM的加入還增強了薄Li-B負極的實際可行性，其機械強度大大提高。得益于巧妙的分級雙骨架，Li-B@SSM負極在對稱電池中表現(xiàn)出罕見的99.95%的高ACE和優(yōu)異的循環(huán)性能。特別地，使用Li-B@SSM負極的全電池不僅在基于LFP的電池中400次循環(huán)后保持97.5%的容量保持率，而且在Li/S袋型電池中顯示出優(yōu)異的循環(huán)性能。這項工作將激發(fā)更多的嘗試，設計實用的鋰復合負極，兼顧制造成本和電化學性能。

(責任編輯：子蕊)
文章標簽： 鋰金屬電池
作者：深水科技 ，如若轉(zhuǎn)載，請注明出處：http://www.m.69gh.com/qianyan//2023012841151.html
看完這篇還不夠？如果你也也是同行業(yè)需要發(fā)布您的新聞報道，請 戳這里 告訴我們！
免責聲明：本文僅代表作者個人觀點，與中國電池聯(lián)盟無關。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本網(wǎng)證實，對本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，并請自行核實相關內(nèi)容。
凡本網(wǎng)注明 “來源：XXX（非中國電池聯(lián)盟）”的作品，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的，請在一周內(nèi)進行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@m.69gh.com
猜你喜歡
專題
相關新聞
本月熱點

  • 電池及電池系統(tǒng)維修保養(yǎng)師職業(yè)國家標準正式開始編制

    2022年《大典》在延續(xù)2015年版的基礎上，參考國內(nèi)外經(jīng)濟發(fā)展經(jīng)驗，緊跟時代步伐，圍繞綠色發(fā)展理論，歸列標識出了134個綠色職業(yè)。其中“電池及電池系統(tǒng)維修保養(yǎng)師”也收錄其中，職業(yè)編碼為4-12-01-03。
    2023-01-11 11:52

  • 總投資105億元鋰電項目落戶宜昌

    近日湖北省宜昌市人民政府官方發(fā)布，今年宜昌市首個百億級招商項目，總投資105億元的銅化集團新能源新材料一體化項目正式簽約。
    2023-01-10 15:58

  • 2022年度動力電池裝車量TOP15出爐：中創(chuàng)新航鐵鋰挺進前三！

    1月12日，中國汽車 動力電池 產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟（簡稱 電池 聯(lián)盟）發(fā)布了2022年12月及2022年全年的動力電池數(shù)據(jù)。 2022年12月數(shù)據(jù)一覽 產(chǎn)量方面，2022年12月我國動力電池產(chǎn)量共計52.5GWh，同比增長65.9%，環(huán)比下降15.8%。其中三元電池占總產(chǎn)量35.2%， 磷酸鐵鋰電
    2023-01-13 18:35

  • 比亞迪2022年新能源乘用車銷量突破185萬輛，乘用車市占率近29%

    據(jù)比亞迪披露的數(shù)據(jù)顯示，12月，比亞迪新能源汽車銷量23.52萬輛，上年同期為9.91萬輛，同比增長137.30%。至此，2022年內(nèi)比亞迪新能源汽車累計銷量186.85萬輛，同比增長152.46%。 至此，2022年比亞迪新能源汽車累計銷量已超185.74萬輛。若按照我國2022全年新
    2023-01-04 15:17

  • 卓能新能源（南寧）有限公司10GWh新型動力電池及儲能系統(tǒng)項目開工

    12月29日，卓能新能源（南寧）有限公司10GWh新型動力電池及儲能系統(tǒng)項目在南寧五塘卓能產(chǎn)業(yè)園順利舉行開工活動，標志著南寧軌道產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展基金參與的新能源類項目順利落地南寧。
    2023-01-02 16:23

  • 千億市場：車企們壓制寧德時代的關鍵一步棋

    做得了火箭回收，搞得了衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)，火星移民也要試一試，但馬斯克征服不了一座換電站。 2014年春天，美國加州。特斯拉建成了自己的第一個 新能源汽車 換電站，工作人員賣力推銷新業(yè)務：汽車能在幾分鐘內(nèi)滿血復活，換電就和去加油站加油一樣快。 誰要來嘗試
    2023-01-08 17:12

  • 數(shù)億元！又一電池回收企業(yè)完成A輪融資

    近日，一體化電池回收企業(yè)「瑞隆科技」宣布完成數(shù)億元人民幣A輪融資，本輪融資由蔚來資本領投，瀚暉資本、美的資本、鋰電龍頭產(chǎn)業(yè)資本等機構(gòu)跟投。
    2023-01-05 18:52

  • 動力電池：“反客為主”的2022

    電池產(chǎn)業(yè)格局還會有更多的變數(shù)，我們需要的，僅僅是“于無聲處聽驚雷”而已。
    2023-01-09 14:21
歡迎投稿
聯(lián)系人：王女士
Email：cbcu#m.69gh.com
發(fā)送郵件時用@替換#
電話：010-56284224
在線投稿
主站蜘蛛池模板： 国产色无码专区在线观看| 在线观看无码的免费网站| 亚洲一区二区三区在线观看网站| 老师的胸又大又软真好吃| 国产美女口爆吞精普通话| 中文字幕一区二区三区永久 | 国产1区2区在线观看| 18欧美乱大交| 好硬好湿好大再深一点动态图| 五月天婷婷综合网| 热re99久久精品国产99热| 国产v在线在线观看羞羞答答| 怡红院国产免费| 天天摸天天舔天天操| 久久久久亚洲AV成人无码电影| 欧美在线看片a免费观看| 免费av一区二区三区| 色综合蜜桃视频在线观看| 国产精品66在线观看| 99资源在线观看| 成人妇女免费播放久久久| 久久精品国产亚洲AV麻豆王友容| 欧美野外疯狂做受xxxx高潮| 全部免费a级毛片| 蜜芽国产尤物AV尤物在线看| 国产特级毛片AAAAAA| 99久久精品免费精品国产| 成人免费午间影院在线观看| 久久精品一区二区国产| 欧美成人aaa大片| 亚洲综合精品伊人久久| 美国一级毛片完整高清| 国产卡一卡二贰佰| 婷婷综合激情网| 国产美女口爆吞精普通话| jizz中国jizz欧洲/日韩在线| 无码一区二区三区亚洲人妻| 久久精品国产清自在天天线| 欧美亚洲国产片在线播放| 亚洲精品国产成人| 狠狠精品久久久无码中文字幕 |