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下一代高能电池:锂金属电池复兴!

发布时间:2021-09-19 12:27:01人气:
本文摘要:【章节】锂金属电池(LMBs)是最有期望的下一代低能量密度存储设备之一,需要符合新兴行业的严格要求。然而,必要应用于金属锂有可能带给安全性问题、较好的倍率和循环性能,甚至负极材料在电池内部的消灭。 其主要原因还包括大极化和强劲电场引发的异质沉积造成的枝晶生长、金属锂极为开朗、循环时锂体积无限变化等。这些缺点相当严重妨碍了LMBs的商业化。电池领域的各研究小组深入探讨了锂金属负极的过热机理,明确提出了解决问题上述问题的有效地方法。

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【章节】锂金属电池(LMBs)是最有期望的下一代低能量密度存储设备之一,需要符合新兴行业的严格要求。然而,必要应用于金属锂有可能带给安全性问题、较好的倍率和循环性能,甚至负极材料在电池内部的消灭。

其主要原因还包括大极化和强劲电场引发的异质沉积造成的枝晶生长、金属锂极为开朗、循环时锂体积无限变化等。这些缺点相当严重妨碍了LMBs的商业化。电池领域的各研究小组深入探讨了锂金属负极的过热机理,明确提出了解决问题上述问题的有效地方法。

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锂离子的沉积不道德、枝晶温度梯度和生长机理、负极-电解质界面的影响等获得了深入研究。2014年~2016年,500多篇牵涉到上述难题的论文以求出版发行,2016年以来平均值每月有15篇涉及文章揭晓。这些研究对下一代低能量密度LMBs锂负极的兴起起了相当大起到。近日,华中科技大学的翟天佑教授和李会巧教授(联合通讯)等人在AdvancedMaterials上公开发表了为题“RevivingLithium-MetalAnodesforNext-GenerationHigh-EnergyBatteries”的综述文章。

文章讲解了锂离子沉积/沉淀不道德的最新进展,以及锂金属负极的过热机理。综述总览图1阐述高端通信终端、电动汽车(EV)、航空航天、大型储能车站等新兴行业早已转入了较慢发展的阶段,因此低能量密度存储已沦为当务之急。鉴于寿命和安全性,现有的“摇椅式”锂离子电池(LIBs)或钠离子电池(NIBs)是适合的自由选择。

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但是即使插入式LIB系统的能量密度通过调节电池的每个部件能相似其理论值,却依然近高于预期能量水平。主要原因在于循环过程中的单离子映射反应严苛容许了负极的能力。无论是层状LiCoO2、富Li或富Ni的LiMO2(M=Ni、Co、Mn等)、掺入尖晶石LiMxMn2-xO4(M=Ni、Cu、Cr、V等)还是橄榄石LiFePO4,它们都无法构建小于250mAhg-1的容量。

这种情况增进了基于多离子反应的负极的发展,例如理论容量高达1672mAhg-1的S和O2。值得一提的是,这些无锂负极只有在与不含锂负极筛选时才能投放实际应用于。

金属锂本身可以作为S和O2负极的理想负极,因为它具备最低的理论容量(3860mAhg-1),低于的密度(0.59gcm-3)和最胜的电化学电位(-3.04V)。与现有的LIBs比起,金属锂作为负极进一步提高了锂金属电池(LMB)的能量密度,如图1右图,Li-O2和Li-S电池系统分别具备高达3505Whkg-1和2567Whkg-1的理论能量密度。这些锂金属电池系统充分发挥了金属锂的优势,具备符合新兴行业严格要求的极大潜力。图1锂离子电池和锂金属电池示意图以及过热机理a)锂离子电池示意图;b)锂金属电池示意图;c)典型电极材料在电压和容量方面的较为,LMBs的能量密度远大于LIBs;d)锂枝晶引发的安全性问题;e)倒数副反应引发的较低的循环性能;f)负极内无限的体积变化引发的负极消灭。


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