科研進展

深圳先進院長效鋰金屬電池研究取得進展

時間:2019-08-21  來源:光子信息與能源材料研究中心 文本大小:【 |  | 】  【打印

  821日,中國科學院深圳先進技術研究院光子信息與能源材料研究中心電化學團隊在長效鋰電金屬池方向獲得重要進展。相關成果以《快速模板化制備激光誘導石墨烯用于高穩定性快速形核鋰金屬電池》(Facile Patterning of Laser-induced-Graphene with Tailored Li Nucleation Kinetics for Stable Lithium Metal Batteries)為題發表在能源材料領域頂級期刊《先進能量材料》(Advance Energy Materials , IF24.884)上,文章的第一作者是碩士研究生羿井司,通訊作者是陸子恒助理研究員和楊春雷研究員。 

  隨著電動汽車續航里程的增加,動力電池的能量密度也在不斷提升,目前采用的三元材料/石墨體系的鋰離子帶電池的能量密度已經達到230Wh/kg-260Wh/kg, 采用鋰金屬負極是進一步取得500Wh/kg能量密度的重要途徑。鋰金屬負極由于其具有超高的理論比容量(3860 mAh/g)以及最低的氧化還原電位(3.04 V vs. SHE),并且具有優異的導電性能,是一種理想的負極材料,但是鋰金屬在電流密度較大的情況下會導致枝晶的生長,一方面會降低電池的使用壽命,另一方面鋰枝晶的過度生長會刺破隔膜導致正負極短路,引起嚴重的安全事故,因此,鋰枝晶問題成為了鋰金屬應用的最大的阻礙。 

  為解決以上問題,研究團隊發展了一種通過激光直寫技術快速制備三維石墨烯集流體的方法,得益于該集流體中石墨烯的特殊缺陷化學,鋰金屬的形核、生長動力學得到了有效調控。利用該技術,基于磷酸鐵鋰正極的鋰金屬全電池在極高材料負載(15 mg/cm2)、有限鋰金屬供應的情況下(N/P ratio=5),可循環250次,容量損失小于10%。本研究發展的方法能夠在空氣中進行,且能夠使用卷對卷方法大規模制備,具有工業化潛力。此外,本研究所揭示的碳缺陷化學與鋰金屬形核動力學關系對于高比能量鋰金屬二次電池的發展具有重要指導意義。 

    論文鏈接

新型集流體制備過程示意圖、原型電池照片、電化學循環性能 

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