圖1 無損、原位同步輻射X射線三維成像技術研究鋰金屬電極工作機制
 

　　鋰離子電池如今已被用于從手機到筆記本電腦和電動汽車的各個領域，數(shù)據(jù)顯示，2018年我國鋰電池行業(yè)市場規(guī)模已達到820億元。預計到2024年，我國鋰電池行業(yè)市場規(guī)模將超過1500億元。進入21世紀，隨著社會的進一步發(fā)展，人們對鋰電池的能量存儲與使用壽命提出了更高的要求。

 

　　從電極材料來看，目前商用鋰離子電池負極材料為碳，其容量約為372mAh/g。與之對比，鋰金屬負極的容量約為3860mAh/g，約為碳負極材料的10倍有余。但是，在實際使用過程中，鋰金屬電極有鋰枝晶產(chǎn)生，由鋰金屬電極組成的鋰金屬電池，其庫倫效率低、循環(huán)壽命短。為解決這一問題，研究學者提出各種方法來提升鋰金屬電極的使用壽命。雖然這些方法在一定程度上提升了鋰金屬電池的循環(huán)壽命（<800圈），但與商用鋰離子電池的循環(huán)壽命（~2000圈）相比還有很大差距。為更有效的解決鋰枝晶生長問題，提升鋰金屬電池的庫倫效率、使用壽命，亟需進一步加深對鋰金屬電極的工作機制的理解。

 

　　青島能源所先進電池正極材料研究組孫富博士，采用無損、原位同步輻射X射線三維斷層掃描成像技術深入研究鋰金屬電極在循環(huán)過程中的工作機制，研究對象為使用三種不同方法修飾/保護的鋰金屬電極。無損、原位同步輻射X射線成像結(jié)果顯示，使用三種不同方法修飾/保護的鋰金屬電極在循環(huán)過程中仍然會發(fā)生不可逆的形貌轉(zhuǎn)變。與此同時，在組成的對電池循環(huán)效率≥99%的情況下，枝晶狀微型結(jié)構(gòu)的鋰仍然會產(chǎn)生。此項研究揭示了下一代鋰金屬電極的工作機制，也極大加深了我們對鋰金屬電極工作機制的理解。此項研究成果發(fā)表在電化學領域頂級期刊《ACS Energy Letters》。

 

     Fu Sun, Dong Zhou, Xin He, Markus Osenberg, Kang Dong, Libao Chen, Shilin Mei, Andre` Hilger, Henning Markotter, Yan Lu, Shanmu Dong, Shashidhara Marathe, Christoph Rau, Xu Hou, Jie Li, Marian Cristian Stan, Martin Winter, Robert Dominko and Ingo Manke, Morphological Reversibility of Modified Li-Based Anodes for Next-Generation Batteries, ACS Energy Lett. 2020, 5, 152-161

 

　　此研究得到了青島能源所所百人計劃的支持。（文/圖 孫富）