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周豪慎等今日Nature Energy：無負極鋰電壽命再突破，軟包300圈！

時間:2021-06-18 11:44來源:能源學人作者:Energist

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第一作者：喬羽

通訊作者：周豪慎

通訊單位：日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究院 (AIST) 南京大學

【研究亮點】

1. 通過在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂(NCM-811)正極材料表面引入Li₂O作為預載犧牲材料，提供額外的鋰源以補償初始無負極電池長期循環(huán)過程中鋰的不可逆損失。

2. 實現(xiàn)了長壽命2.46 Ah初始無負極軟包電池，重量能量密度為320 Wh kg^–1，在300次循環(huán)后仍保持80%的容量。

【主要內(nèi)容】

由于采用了鋰金屬作為負極材料，鋰金屬電池被認為是未來最有前途和最可行的高能量密度可充電電池技術。然而，它的能量密度和安全性較差，因此需要改進電池設計。無負極全電池結(jié)構(gòu)由完全鋰化的正極和負極銅集流體構(gòu)成。在這種無負極鋰電池中，重量和體積能量密度都可以擴展到最大極限。當前無負極鋰電池結(jié)構(gòu)面臨的主要問題是鋰金屬沉積或剝離過程的可逆性及穩(wěn)定性。

鑒于此，周豪慎教授團隊在NCM-811正極材料表面引入Li₂O作為預載犧牲材料。在這種電池體系中，Li₂O 在經(jīng)過電化學氧化過程后提供了額外的鋰源，以抵消循環(huán)過程中不可避免的鋰損失，從而顯著提高循環(huán)穩(wěn)定性。此外，Li₂O 的分解會釋放O²⁻，O²⁻ 進一步與電解質(zhì)中的氟化醚反應，從而在NCM正極材料上形成基于LiF的致密SEI層。基于這種設計的無負極紐扣電池已被證明在300次可逆循環(huán)中容量保持率超過90%。同時還實現(xiàn)了高能量密度初始無負極軟包電池，容量為 2.46 Ah，電池級能量密度超過 320 Wh kg _pouch^–1，300次循環(huán)后容量保持率為80%。

與傳統(tǒng)的正極涂層和負極改性策略相比，犧牲雙功能的Li₂O 層既補充了負極鋰儲庫并同步促進了正極保護層的形成，從而顯著提高了無負極鋰電池的循環(huán)壽命。在軟包電池級別實現(xiàn)的高能量密度和長循環(huán)性能為設計更實用的無負極鋰電池結(jié)構(gòu)開辟了新的道路。

Fig. 1 | Cathode and electrolyte design strategies for the anode-free Li cell system.

Fig. 2 | Evaluation of Li-metal plating/stripping reversibility and initial-anode-free full-cell cycling performance in a coin cell.

Fig. 3 | Characterization of the NCM@Li₂O cathode in the initial precharging process.

Fig. 4 | Proposed mechanism for the construction of the LiF cathode surface protective layer by the synergy between the HFE additive and oxidized Li₂O.

Fig. 5 | Performance of 320 Wh kg^–1 initial-anode-free Li pouch cells.

(責任編輯：子蕊)

文章標簽：電池軟包電池

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