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，首次放電質量能量密度達到711.30 Wh/kg、體積能量密度達到1653.65 Wh/L。該數據在目前已公開報道的鋰二次電池中居于世界前列。

圖：基于嵌入式反應正極的鋰二次電池能量密度的發展趨勢。

 

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儲能體系，提升能量密度是鋰電池研發的主要目標。從實用化的角度，進一步提升鋰電池能量密度需要采用新電極材料和電池設計來平衡能量密度、功率密度、循環壽命、安全性等綜合性能，仍有諸多材料基礎科學問題和工程技術問題需要解決。一方面，需要開發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計，比如增加電極厚度、減少電解液等非活性材料的質量和體積占比等。這兩方面均會導致電池充放電可逆性急劇變差，直至不能放電（非二次電池）。

 

內容簡介

 

       最近，中國科學院物理研究所李泓和禹習謙研究員課題組，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極的、具有超高質量能量密度和體積能量密度的10 Ah級軟包鋰二次電池。經中國北方車輛研究所（201所）北方汽車質量監督檢驗鑒定試驗所的第三方測試，首次放電質量能量密度達到711.30 Wh/kg、體積能量密度達到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用等綜合策略，最終實現了兼顧高質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、深空等特殊應用場景和未來電動航空領域對高性能電源技術有迫切需求，超高能量密度電池技術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一步豐富固態離子學和固態電化學領域的知識體系，促進新材料和新電池體系的技術創新。