结构化复合锂金属负极的研究进展

锂枝晶生长是制约锂金属负极商业化的主要因素,结构化复合锂金属是目前最主要的解决方案之一.其主要特点是:在电极内部预置储锂空间,将电化学反应过程引入到电极内部,利用内部三维分布的电子传导、离子传导网络以及电化学活性位点,抑制锂枝晶形态的生长,从而提高电极的热力学和动力学性能.综述了该策略发展过程,讨论了不同类型的结构化复合锂金属的特点以及优缺点,展望了该策略用于抑制锂金属负极锂枝晶生长的前景.     

一种Ag掺杂的石墨烯锂金属负极三维集流体

锂金属负极在循环过程中会产生锂枝晶生长问题,导致电池循环寿命和库仑效率降低,甚至引起安全问题。锂枝晶生长的主要原因是锂金属负极中锂离子的电化学行为不受控引起的。为了解决这个问题,设计了一种由银(Ag)纳米颗粒、石墨烯和聚偏氟乙烯(PVDF)构成的锂金属负极集流体(GP@Ag)。利用银良好的亲锂特性及石墨烯对电子和锂离子的良好导电性,大大提高锂金属负极的电化学动力学性能。将所设计的集流体用于锂金属电池负极并进行电池性能测试,在1.0 C下循环350次,电池容量保持率可提高到93%,证明GP@Ag能有效抑制锂枝晶的生长,从而大大提高锂电池的循环寿命。     

亲锂材料在锂金属负极应用中的研究进展

锂金属负极在充放电过程中不受控的电化学行为导致锂枝晶的形成,这导致锂金属电池存在库伦效率低、循环寿命短以及安全问题,电极表面的锂离子的分布不均匀是锂枝晶产生的关键因素,亲锂材料与锂之间具有较强的结合能,可以在在电极表面产生均匀的锂离子通量,因此为了控制锂离子在锂金属负极的电化学行为,在锂金属负极中引入亲锂材料可以诱导锂离子均匀沉淀,抑制锂枝晶的成长。介绍了亲锂材料的发现过程,综述了不同亲锂材料在锂金属负极中的应用,并分析了其局限及将来可能的发展方向。     

LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2/石墨电池负极的衰减行为

在25℃和5℃下对18650型LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_2(NCM523)/石墨电池进行循环性能测试,拆解容量保持率分别为100%和80%的(放电态)电池,用SEM、能量散射谱(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)和XRD分析,研究石墨负极的形貌、组成和结构,用电感耦合等离子光谱(ICP)测试电解液中过渡金属元素的含量。在25℃下循环,负极表面固体电解质相界面(SEI)膜约161 nm厚,无明显析锂,电解液中w(Ni)约为6.0×10~(-4)%,w(Co)和w(Mn)小于1.0×10~(-4)%;而在5℃下循环,负极表面SEI膜约28 nm厚,有明显的锂枝晶析出,电解液中w(Ni)、w(Co)和w(Mn)分别约为7.1×10~(-3)%、1.3×10~(-3)%和2.0×10~(-3)%。与25℃下负极表面SEI膜生长增厚不同,低温时负极表面会有大量锂枝晶析出,并有过渡金属元素沉积。     

原位保护层对金属锂电池循环稳定性的影响研究

金属锂电池在高比能特性方面具有超高的优势,近年来重新获得了储能领域的广泛关注与研究.科研工作者针对金属锂电池锂枝晶生长导致的循环稳定性差和严重的安全问题进行技术攻关,在材料层面对金属锂负极界面保护进行了大量研究.但由于材料和电池器件之间的差距,难以将现有金属锂负极界面保护的研究进展实现实际应用.该研究基于金属锂负极软包电池,研究了不同类型原位保护层对电池循环稳定性的影响,通过对含氟界面保护层和含硅界面保护层在金属锂负极软包电池中的结构和电化学性能进行对比,优选出工程化适用性高,结构性能稳定的锂负极保护方案.     

碳基三维集流体在锂金属电池中的应用研究

锂金属负极具有较高的理论比容量(3860 mAh/g)和较低的还原电势(-3.04 V vs.标准氢电势),被誉为最具发展潜力的负极材料,但是锂金属负极中的枝晶、死锂等问题阻碍了锂金属电池的商业化发展.针对锂金属负极中出现的问题,研究人员提出了大量的解决方案,其中,三维集流体不仅可以降低电流密度,缓解枝晶生长,还可以容...     

三维结构化锂硼合金的锂沉积/溶解特性研究

锂金属负极不可控的枝晶生长导致了高容量锂金属电池极低的库仑效率和较差的循环稳定性.采用具有三维骨架结构的锂硼合金作为锂金属电池负极,系统研究了锂硼合金中锂的溶解/沉积行为及电化学性能.结果 表明:具有独特三维结构的锂硼合金可以显著降低局部电流密度,诱导锂均匀沉积;同时,容纳锂金属的无活性硼3D结构限制了锂枝晶的生长.因...     

设计和建造人工固体电解质界面膜实现锂金属阳极无枝晶形态

锂金属与电解质自发反应形成的固体电解质界面膜在成分和形态上的不均匀是诱导锂枝晶生长的重要因素,为了解决这个问题,本文设计和建造由聚偏二氟乙烯和Li7La3Zr2O12组成的人工固体电解质界面膜,该膜具有稳定的、均匀的成分和形态,可以为电极和电解液的固液界面建立均匀的电场,从而诱导锂均匀的成核和生长,无机纳米颗粒Li7L...     

金属锂蓄电池负极-电解液相容性研究进展

综述了目前金属锂蓄电池负极-电解液相容性的研究现状。系统地阐述了钝化膜即固体电解质相界面膜(SEI膜)对锂电极性能的影响、SEI膜的结构与组成、SEI膜的形成机制以及锂盐、溶剂种类对锂溶解-沉积过程的影响。最后详尽论述了在目前最佳电解液体系中,锂电极SEI膜的组成、充放电电流密度对其性能的影响以及容量衰减机制。     

锂离子电池锡基负极材料研究概况

综述了锂离子电池锡基负极材料的研究进展。锡基负极材料可分为氧化物、复合氧化物、合金 3类。材料的合成方法不同 ,结构与性能也不一样 ,但其储锂机理都为合金机理。电解质溶液在电极表面有SEI膜生成。选择合适的电压循环区间 ,可以提高材料的循环性能。锡合金则是最有希望进入商业化市场的锡基负极材料 ,其中锡与锂可逆形成合金 ,另一不与锂反应的金属作为导电基体与框架 ,容纳合金以改善循环性能。