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鋰離子金屬電池的實用化分析

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2018年09月26日  

研究亮點:

1.提出了一種新型的人工SEI膜制備策略。

2.構建了更具實用性能的鋰金屬全電池。

實用化的鋰金屬電池,需要能夠充分、可逆地利用微薄的鋰金屬負極。要實現這一目標,科研人員需要在不增加電池重量的情況下解決SEI膜的兩大問題:1)調控界面傳遞;2)保護高反應活性的金屬。

有鑒于此,韓國科學技術研究院WonIlCho和美國康奈爾大學LyndenA.Archer團隊利用LB法制備了一種基于磷酸鹽修飾還原氧化石墨烯的人工SEI膜(LBASEIs)。

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圖1.LBASEIs及LBASEIsLi電極制備示意圖

設計原則:

LBASEIs能通過簡便的方法快速規模化制備得到,而石墨烯表面含有豐富的官能團,包括磷酸鹽、N等,確保LBASEIs和鋰金屬緊密結合,防止高反應活性的鋰金屬和液體電解質之間發生副反應。同時,有利于實現平面二維結構的電沉積鋰。

性能測試:

研究人員基于鋰金屬負極,LBASEIs,高負載量的商業NCM正極構建了扣式和袋式鋰金屬全電池,并表現出高度可逆和穩定工作性能。即便鋰金屬只有20μm厚,只要正負極容量匹配,至少可以穩定循環200圈。

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圖2.LBASEIs電化學性能

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圖3.LBASEILi電化學性能

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圖4.全電池電化學性能測試

機理研究:

為了弄清楚為什么LBASEIs能夠起作用,研究人員采用了表面表征技術和理論計算方法。結果表明,磷酸鹽功能化修飾的還原氧化石墨烯促進了鋰電沉積的成核,在鋰金屬負極表面形成一種可持久的保護層,從而實現對負極/電解質界面電遷移行為的調控,確保鋰在液體電解質和平面固體表面的界面上均勻遷移。

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圖5.LBASEIs表面的Li活性位點

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圖6.Li成核的過電位分析

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圖7.LBASEIs表面Li遷移性能

總之,這項研究提出了一種新型的SEI膜制備技術,為鋰金屬電池的實用化提供了新思路。

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