20000次!锂电池性能再破纪录,新型涂层助力突破两大瓶颈

2021-12-09 17:23 财联社阅读 (13958) 扫描到手机

  众所周知,锂离子电池凭借着其出色的能量密度在当代社会上被广泛使用,尽管它在循环使用的过程中容易生成枝晶以及SEI膜,进而使电池性能受损、失效甚至有起火风险,但至今还没有一种完美的新技术能将其取而代之。

  一直以来,科学家们也是竭尽所能地寻找新方法来攻克这些瓶颈。据报道,美国阿肯色大学(the University of Arkansas)的研究人员近期开发了一种新型的含锂交联聚合物材料。这种新材料名为LiGL(GL=丙三醇/甘油),有助于解决上述商用锂金属负极存在的两个问题。

  据称,这种LiGL聚合物膜具有优异的性能,能有效防止锂金属阳极的枝晶生长和SEI膜形成,实现锂电极长期稳定的循环性能。这项研究成果已于近期发表在了《能源材料进展》(Energy Material Advances)杂志上。

  迄今为止,已经报道了多种技术策略来解决锂负极的问题,例如三维(3D)锂承载框架、电解质添加剂、固态电解质和表面涂层。“在这些努力中,表面涂层仍然是一种简便有效的途径,”该研究论文通讯作者、阿肯色大学机械工程系教授Xiangbo Meng说。

  “分子层沉积(MLD)最近已经成为一个新的研究方向,于2018年首次实践,”Meng说,“这些通过MLD精确合成的聚合物薄膜,比无机薄膜有更好的柔韧性,有助于提供更好的保护效果,从而提高锂金属负极的性能。”

  Meng和他的团队已经开发了三种锂离子聚合物MLD工艺,并研究了这些聚合物薄膜涂层的保护作用,试图实现长期稳定的循环性能,并且几乎不会形成锂枝晶和锂电极的 SEI。

  “在这项工作中,我们首次开发了一种新型的含锂交联聚合物材料,一种能够对锂金属阳极产生优异保护效果的锂酮,”孟说。“我们发现,LiGL锂酮可以作为一种特殊的聚合物保护膜覆盖在锂金属阳极上。”

  据他介绍,这种LiGL MLD对锂电极显示出出色的保护效果,即显着抑制锂枝晶并减少SEI形成。计算模拟和实验还显示,该MLD LiGL膜是电绝缘性和离子导电的。

  在他们的研究中,实验数据表明,涂覆LiGL锂酮的锂电极具有优异的循环稳定性。在电流密度为5 mA/cm2,面积容量为1 mAh/cm2的条件下,Li/Li对称电芯中的锂剥离或电镀循环次数可达到13600次以上,而不出现故障。

  目前,更新结果显示,无故障循环能力已增长至20000多次锂剥离/电镀循环(超过1万小时或一年以上)。据了解,这是迄今报道过的最好的循环性能。因此,MLD LiGL技术为解决锂负极问题铺设了技术途径。

  “LiGL涂层的性能,如机械性能和导电性,是它们对锂金属电极的出色保护作用的基础,”Meng说:“我们开发的这种新型LiGL代表了对锂负极现有问题的简便有效的解决方案,并可能为锂金属电池铺平了技术上可行的路线。”