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来源:网络 作者:昂佳科技 点击:次 2022-04-23 19:02:27
近年来,锂金属电池因为其极高的能量密度被广泛研讨,被视为是下一代高功能能量存储器材。但是锂金属负极高的电化学活性以及在电化学循环中简略产生锂枝晶的特性,使其安全性问题成为约束锂金属电池使用的瓶颈之一。此外因为锂金属负极具有高的比容量,抱负的正极应有较高的面积负载量(即厚电极),以便保证正负极匹配且电池中非活性组分(如集流体和电解液)占比较低。现在已有的报道都是单独针对正极、锂负极或电解质进行规划与优化,缺乏一体化结构调控方案,没有对锂负极安全性和正极负载量一起进行提升。
【作业介绍】
近日,上海科技大学刘巍课题组提出了使用甘蔗作为模板,使用其笔直且贯通的蜂窝状通道,规划一体化结构的锂金属基电池(图1)。负极锂金属和正极活性粒子分别被负载在甘蔗切片的两边,甘蔗内部的结节约束了过度负载并保证正负极不会短路,一起电解液经过渗透吸收进入电池内部。终究电池保持甘蔗宏观形貌,构成有很多蜂窝状微电池组的一体化锂金属电池。这种笔直的电池结构保证了锂离子的快速、均匀的脱出和堆积,按捺了锂枝晶产生。而且优化的离子传输动力学使正极能够在高面积负载量(10 mAh cm-2)下仍保持良好的电化学功能和安稳性。该文章题目“All-in-one structured lithium-metal battery”,发表在国际知名期刊Advanced Science上,董雷教授为本文榜首作者,刘巍教授为本文通讯作者。
【内容表述】
1. 结构规划
笔直离子传输结构被公认为电极和电解质的抱负模型,但是因为活性粒子的结构不规则性以及保证电极结构安稳性,很难经过简略的办法在电极中发明笔直且安稳的离子传输通道。本文使用甘蔗作为结构模板,经过简略切片得到必定厚度的甘蔗片,再分别经过负载活性粒子浆料和吸附熔融锂在甘蔗片两边负载正负极(图2)。甘蔗内部的结节结构保证了正负极之间不会短路。
2. 安稳性研讨
能够看到,甘蔗片对电解液体现出了较好的亲和性,而且其笔直结构十分利于锂离子在笔直方向的分散(图3)。因为甘蔗本身的纤维素成分和蜂窝状结构,其变现除了非常优秀的机械安稳性以及较强的拉伸模量和紧缩模量。及时经过重复的紧缩,甘蔗片在吸收溶液后仍能自发恢复其初始的结构。显而易见,这些特性对甘蔗基电池的结构安稳性十分有利。
3. 电化学功能
终究的一体化电池体现出了良好的电化学功能,其锂金属负极能够在10 mA cm-2的高电流密度下以对称电池模式安稳运行1000次循环。当正极负载磷酸铁锂粒子时,其面积负载量最高可达76 mg cm-2,面积容量超越10 mAh cm-2,且体现出良好的循环安稳性和倍率功能(图4)。此外正极还能够负载其它正极材料,如钴酸锂和NCM三元材料,有良好的普适性。
【结论】
综上所述,本文报道了一种使用甘蔗作为结构模板,在整个电极层面上构建具有笔直且连续通道的一体化锂金属电池。不同于其它只关注于正极或正极的电极规划,这种一体化结构在按捺锂枝晶产生的一起提升了正极的负载量和电化学功能。该办法流程简略,成本低价,普适性强且结构安稳。这种一体化结构不仅为其它高功能电池规划供给思路,也有望启发基于笔直结构的其它电化学器材,如超级电容器、电催化电极、光热转化器等。
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