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我国迷信 家开发全球首个凌驾500Wh/kg锂金属软包电池

宣布时间 :2020/7/30阅读次数:2152次

当下全球电动汽车快速 生长使得高能量密度的电池需求日益剧烈 。有鉴于此,天下 主要 蓬勃 国度 ,如美国、日本均设定了开收回 能量密度高达500 Wh/kg的二次锂电池生长目的 。经典的基于三元正极质料系统 锂电池的事情原理是基于过渡金属(TM)相关的阳离子氧化恢复 反映,但受限于阳离子活性容量,该类电池容量难以抵达 500 Wh/kg,而氧元素相关 的阴离子氧化恢复 活性则希望 大幅提升电池能量密度,成了 如今 二次电池系统 研讨 的抢手 前沿。

南京大学Haoshen Zhou教授研讨 团队设计开发了一种动摇 的、大容量基于阴离子氧化恢复 活性的正极质料系统 ,运用 于锂金属(Li)软包全电池,经过 氧化锂(Li2O)与过氧化锂(Li2O2)之间的可逆转化,清楚 提升了电池器件的功用 ,初次 取得 了跨越 500 Wh/kg的能量密度,且电池动摇 循环100余次后仍可取得 大于400 Wh/kg的能量密度,更为关键 的是该电池镍金属的含量仅为1.59%(质量分数),远低于传统的高镍三元正极,本钱 更低更适于规模化消费 ,对电池工业和电动汽车生长具有主要 推举动 用。相关的研讨 批注 ,在Li金属电池正极质料的设计历程中,不局限于传统过渡金属氧化恢复 提供容量,运用 Li2O与Li2O2之间的可逆转化,可以 为正极系统 提供很高的能量密度。实际 盘算得知,Li2O/Li2O2转化的实际 能量密度高达2565 Wh/kg。为此研讨 职员 运用 湿化学法制备了Li2O基正极质料,同时为了提升无氧气析出的“喧嚣 ”充电深度,研讨 职员 同时制备了婚配 的镍基碳合金导电催化框架(Ni-CAC)包覆Li2O构成 Li2O@Ni-CAC电极系统 ,一方面有助于提升电池功用 ,另一方面有益 于镌汰 镍金属运用 量降低本钱 。接着以Li2O@Ni-CAC和Li为正负极,醚类溶剂为电解质组装成完整 的软包电池,并展开 电化学功用 实验 。原位气相质谱和拉曼光谱实验显示,在充电历程中存在显着 的Li2O向Li2O2的转化历程,且Li2O@Ni-CAC电极系统 的可逆“喧嚣 ”充电深度为750 mAh/g(基于Li2O活性物质质量),一旦凌驾这一数值就会泛起不成 逆的氧气析出。随后控制充电深度不凌驾750 mAh/g,举行 充放电循环实验 ,发现电池可以动摇 可逆循环100余次,且能量密度高达950 Wh/kg(思量 到一切 电极质料质量的条件 下,但不征求 软包外壳);而在计入软包外壳后,电池依然 取得 了跨越 500 Wh/kg的能量密度,抵达 了513.5 Wh/kg,这是如今 文献报导 的能量密度最高的软包电池(计入整个软包电池质量后),且电池动摇 循环100余次后,输入 能量密度依然 高于400 Wh/kg,表现 出优秀 的循环动摇 性。

图 1 基于阴离子氧化恢复 活性正极质料系统 锂金属(Li)软包全电池及其功用 表征

该项研讨 设计开发了一种基于阴离子氧化恢复 活性的正极质料系统 软包锂电池,得益于Li2O与Li2O2之间的可逆转化,电池器件的功用 清楚 提升,初次 取得 了跨越 500 Wh/kg的能量密度,且具有 优秀 循环动摇 性,为设计开发高能量密度的锂金属电池开发 新思绪 。相关研讨 效果 揭晓 在《Joule》[1]。

[1] Yu Qiao, Han Deng, Ping He, et al. A 500 Wh/kg Lithium-Metal Cell Based on Anionic Redox. Joule, 2020. DOI: 10.1016/j.joule.2020.05.012