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我國研究人員制備具有氮化鋰梯度的3D碳基鋰負(fù)極 可提高鋰金屬電池的穩(wěn)定性

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:415次  |  2023年02月28日  

據(jù)外媒報(bào)道,武漢工程大學(xué)(WuhanInstituteofTechnology)和重慶綠色智能技術(shù)研究院(ChongqingInstituteofGreenandIntelligentTechnology)的研究人員在《能源化學(xué)》(EnergyChemistry)雜志上發(fā)表了一篇論文,重要涉及在3D碳基鋰負(fù)極中原位生成Li3N濃度梯度,從而形成高度穩(wěn)定的鋰金屬電池。


(:sciencedirect)


目前,由于便攜式電子產(chǎn)品、電動(dòng)汽車和清潔能源存儲(chǔ)設(shè)備迅猛發(fā)展,開發(fā)高儲(chǔ)能、長(zhǎng)壽命的可充電電池已成為當(dāng)務(wù)之急。和標(biāo)準(zhǔn)氫電極相比,鋰具有高質(zhì)量比容量(3860mAhg-1)和低電化電勢(shì)(−3.04V),關(guān)于下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)來說是最有前景的負(fù)極材料之。


然而,鋰的電化學(xué)不穩(wěn)定性和無主體特性,在鋰電鍍/剝離過程中會(huì)引起枝晶不可控生長(zhǎng)和體積過分膨脹。這會(huì)導(dǎo)致難以彌補(bǔ)的電解質(zhì)消耗和內(nèi)部短路,影響鋰金屬負(fù)極的實(shí)際應(yīng)用。


在這項(xiàng)研究中,研究人員采用熱擴(kuò)散法,在碳基框架上原位制備具有Li3N梯度的三維鋰負(fù)極(CC/Li/Li3N)。密度泛函理論計(jì)算表明,Li+在Li3N層上的擴(kuò)散能壘,比在鋰表面上低近20倍。這說明在鋰電鍍/剝離過程中Li3N能有效促進(jìn)Li+擴(kuò)散,并能承受高電流密度。

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充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

通過原位光學(xué)顯微鏡進(jìn)一步證實(shí),Li3N可以使Li+有效地通過電極/電解質(zhì)界面,并在高電流密度下穩(wěn)步實(shí)現(xiàn)無枝晶生長(zhǎng)。將這種負(fù)極和LiFePO4正極相結(jié)合,在電解液電池和固態(tài)電芯中,整個(gè)電芯表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性和高容量保持率。這表明CC/Li/Li3N負(fù)極具有良好的商業(yè)普適性。

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