青岛能源所在锂金属电池研究中取得进展

时间:2022-05-13 00:30 作者:nba买球正规官方网站
本文摘要:随着经济全球化以及科技的较慢发展,人类对能源的市场需求日益减少,特别是在是近年来电动汽车和移动电子设备的蓬勃发展,低能量密度储能材料沦为科学研究的焦点。尽管传统的以石墨为负极材料的插层式锂离子电池在电子设备产品市场中占有最重要地位,然而它的能量密度早已相似其下限,渐渐无法符合消费者的用于市场需求。 与插层式的锂离子电池比起,以金属锂必要作为负极用于的锂金属电池(如Li-S,Li-O2等电池体系)在能量密度方面展现出出有得天独厚的优势,早已沦为近期的研究热点。

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随着经济全球化以及科技的较慢发展,人类对能源的市场需求日益减少,特别是在是近年来电动汽车和移动电子设备的蓬勃发展,低能量密度储能材料沦为科学研究的焦点。尽管传统的以石墨为负极材料的插层式锂离子电池在电子设备产品市场中占有最重要地位,然而它的能量密度早已相似其下限,渐渐无法符合消费者的用于市场需求。

与插层式的锂离子电池比起,以金属锂必要作为负极用于的锂金属电池(如Li-S,Li-O2等电池体系)在能量密度方面展现出出有得天独厚的优势,早已沦为近期的研究热点。然而,金属锂阳极在用于过程中展现出出有许多亟待解决的实际问题。

首先,它具备极高的电化学还原性能,在充放电过程中不易与电解液反应,大量消耗活性锂和电解液。其次,不高效率的枝晶生长和电极体积变化以及渐渐累积的副反应产物和杀锂一直是金属锂阳极面对的不利问题。相结合中国科学院青岛生物能源与过程研究所建设的青岛储能产业技术研究院研究人员深入分析了锂金属的特性,考虑到实际应用于中的客观情况,首先从原位动态构成角度来构筑人造界面(Chem.Mater.2017,29,4682-4689),构建负极平稳的锂沉积和瞬;此外,工作人员对锂金属电池用电解液展开优化,分别设计了所含添加剂的双盐电解液(Small,2019,1900269),改性聚碳酸亚乙烯酯基高电压聚合物电解质(J.Mater.Chem.A,2019,7,5295-5304)以及刚柔并济的高锂离子迁入系数的填充电解质(Small,2018,14,1802244),对金属锂阳极的界面展开有效地的改性调控,对研发高能的锂金属二次电池具备较好的指导意义。其中,实验所用添加剂为青岛储能院自律研发的新型大阴离子结构的全氟叔丁氧基三氟硼酸锂(LiTFPFB)。

随着锂金属阳极维护工作的不断深入,研究人员对锂金属电池中的锂枝晶和杀锂造成的过热机理愈发注目,但是由于两者相近的形貌,如何观测和区分两者是一个十分有挑战的课题,而这个问题对于理解电池过热机理和预测锂金属电池的循环寿命极其重要。为叙述锂金属负极表面活性锂物种产于,并区分锂枝晶和杀锂,青岛储能院的研究人员不受分析化学中荧光探针方法的灵感,设计了一种9,10-二甲基(DMA)荧光探针,通过传统红外线学手段已完成了这项任务,该技术获得国际同行的认同,涉及成果编写了题目为FluorescenceProbingofActiveLithiumDistributionforLithiummetalAnode的科研论文(AngewandteChemieInternationalEdition,2019,DOI:10.1002/anie.201900105)。

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在电池展开充放电循环后,金属锂负极表面可能会产生副产物累积(大量副产物外壳不会使活性锂失活,即产生杀锂)。因此研究人员将荧光小分子DMA均匀分布涂覆在循环后的锂金属表面。由于DMA可以与活性锂再次发生荧光猝灭的反应,而在副产物表面保持稳定,因此可以密切相关锂离子电池阳极表面活性锂及其副产物在各种电解质中的产于情况,为锂离子电池电解质的自由选择获取了最重要的参照依据;在锂沉积沉淀过程中,副产物的累积被可视化和半定量地辨识出来,可以把电池的性能波动与副产物的量联系一起,构建对电池性能过热的防控预警;在循环后的锂负极表面可以确切地辨识出有锂枝晶和杀锂的方位,需要对过热电池展开原因分析。

这项技术为锂金属电池的过热机理分析获取了一个思路和方向。涉及系列研究取得国家自然科学基金杰出青年科学基金、新能源汽车固态电池项目、中科院深海先导专项、山东省重点研发计划基金、中科院青年理事长基金等的反对。


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