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EXPRESS LETTER

 

A 700 W⋅h⋅kg−1 Rechargeable Pouch Type Lithium Battery

 

Quan Li(李泉), Yang Yang(楊旸), Xiqian Yu(禹習(xí)謙), and Hong Li(李泓)

 

Chin. Phys. Lett. 2023 40 (4): 048201

 

DOI: 10.1088/0256-307X/40/4/048201

 

文章亮點

 

       研制了兼具超高質(zhì)量能量密度和體積能量密度的10 Ah級軟包鋰二次電池，首次放電質(zhì)量能量密度達(dá)到711.30 Wh/kg、體積能量密度達(dá)到1653.65 Wh/L。該數(shù)據(jù)在目前已公開報道的鋰二次電池中居于世界前列。

圖：基于嵌入式反應(yīng)正極的鋰二次電池能量密度的發(fā)展趨勢。

 

700 Wh/kg鋰二次軟包電池

 

研究背景

 

       鋰離子電池是能量密度高、綜合性能最好的電化學(xué)儲能體系，提升能量密度是鋰電池研發(fā)的主要目標(biāo)。從實用化的角度，進(jìn)一步提升鋰電池能量密度需要采用新電極材料和電池設(shè)計來平衡能量密度、功率密度、循環(huán)壽命、安全性等綜合性能，仍有諸多材料基礎(chǔ)科學(xué)問題和工程技術(shù)問題需要解決。一方面，需要開發(fā)新型電極材料提高材料儲能的能量密度；另一方面，需要采用極限的電池設(shè)計，比如增加電極厚度、減少電解液等非活性材料的質(zhì)量和體積占比等。這兩方面均會導(dǎo)致電池充放電可逆性急劇變差，直至不能放電（非二次電池）。

 

內(nèi)容簡介

 

       最近，中國科學(xué)院物理研究所李泓和禹習(xí)謙研究員課題組，研制了一種基于高容量富鋰錳基氧化物正極和超薄金屬鋰負(fù)極的、具有超高質(zhì)量能量密度和體積能量密度的10 Ah級軟包鋰二次電池。經(jīng)中國北方車輛研究所（201所）北方汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗鑒定試驗所的第三方測試，首次放電質(zhì)量能量密度達(dá)到711.30 Wh/kg、體積能量密度達(dá)到1653.65 Wh/L。通過拓寬富鋰錳基氧化物的充放電電位獲得更高材料儲鋰容量、采用隔膜涂層技術(shù)解決超薄鋰大面容量沉積可逆性、并探索厚電極、貧電解液、超薄集流體的匹配性應(yīng)用等綜合策略，最終實現(xiàn)了兼顧高質(zhì)量能量密度和高體積能量密度電池的可逆充放電。

 

研究意義和重要性

 

       我國在高空、深空等特殊應(yīng)用場景和未來電動航空領(lǐng)域?qū)Ω咝阅茈娫醇夹g(shù)有迫切需求，超高能量密度電池技術(shù)的研制將為此提供可能的解決方案。接近理論極限電池能量密度的探索性研究也將進(jìn)一步豐富固態(tài)離子學(xué)和固態(tài)電化學(xué)領(lǐng)域的知識體系，促進(jìn)新材料和新電池體系的技術(shù)創(chuàng)新。