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清華大學(xué)發(fā)現(xiàn)可擴(kuò)展的鋰離子電池陽極預(yù)鋰化方法

時(shí)間:2023-07-16 14:37來源:蓋世汽車作者:劉麗婷

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鋰離子電池（LIB）是一種通過鋰離子可逆還原來儲(chǔ)存能量的可充電電池，用于為從筆記本電腦、智能手機(jī)到電動(dòng)汽車等無數(shù)設(shè)備和技術(shù)提供動(dòng)力。雖然鋰離子電池比其他電池技術(shù)具有多種優(yōu)勢(shì)，但其當(dāng)前的能量密度限制了電動(dòng)汽車的續(xù)航里程。

研究表明，固體電解質(zhì)中間相（SEI）（電池內(nèi)部陽極上形成的一層）的形成會(huì)消耗大量的鋰離子。這會(huì)對(duì)初始庫侖效率（第一次循環(huán)之前電池中的電子傳輸效率）產(chǎn)生不利影響，從而降低電池的能量密度。

預(yù)鋰化（prelithiation）是一種有助于抵消這種影響、減少鋰離子電池內(nèi)部活性鋰的損失，從而提高其能量密度的有效策略。該策略主要包括預(yù)處理電極，在電池首次運(yùn)行循環(huán)之前向電池中添加鋰。

據(jù)外媒報(bào)道，清華大學(xué)的研究人員最近推出一種新方法，可以大規(guī)模地對(duì)鋰離子電池陽極進(jìn)行預(yù)鋰化。相關(guān)研究已發(fā)表于期刊《Nature Energy》。論文中稱該預(yù)鋰化策略基于轉(zhuǎn)移印刷，即一種將圖案印刷到中間介質(zhì)上，然后將其應(yīng)用到最終基材或材料上的方法。

圖片來源：期刊《Nature Energy》

Cheng Yang和Huachun Ma等研究人員在論文中寫道：“市場(chǎng)迫切需要一種具有成本效益、高質(zhì)量和高工業(yè)兼容性的預(yù)鋰化策略。我們開發(fā)出卷對(duì)卷電沉積和轉(zhuǎn)印系統(tǒng)，用于連續(xù)預(yù)鋰化鋰離子電池陽極。通過卷對(duì)卷壓延，預(yù)制陽極可以完全轉(zhuǎn)印到電沉積的鋰金屬上。轉(zhuǎn)印過程中的界面分離和粘附分別與界面剪切和壓應(yīng)力有關(guān)。”

研究人員通過運(yùn)行一系列仿真和電化學(xué)測(cè)試來評(píng)估他們的方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法顯示性能非常好，因?yàn)榭梢蕴岣呤凸?碳基鋰離子電池電極的初始庫侖效率，將其提高到幾乎100%。

值得注意的是，除了實(shí)現(xiàn)這些高初始庫倫效率之外，該團(tuán)隊(duì)的方法還提高了陽極上創(chuàng)建的SEI膜的穩(wěn)定性。Yang、Ma及其同事發(fā)現(xiàn)，當(dāng)與NMC和LFP陰極（LIB中最常用的兩種陰極）結(jié)合使用時(shí)，預(yù)鋰化電極可以顯著提高燃料電池的能量密度。

Yang、Ma及其同事在論文中寫道：“通過簡(jiǎn)便的轉(zhuǎn)印預(yù)鋰化，石墨和硅/碳復(fù)合電極半電池的初始庫侖效率分別達(dá)到了99.99%和99.05%。通過預(yù)鋰化電極，全電池的初始庫侖效率和能量密度顯著提高。該卷對(duì)卷轉(zhuǎn)移印刷為鋰離子電池提供了高性能、可控、可擴(kuò)展和行業(yè)適應(yīng)性的預(yù)鋰化。”

迄今為止，Yang、Ma及其同事提出的轉(zhuǎn)移印刷策略已經(jīng)取得了非常有希望的結(jié)果，這表明它最終可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模且可靠的LIB電極預(yù)鋰化。未來，該方法將可以推動(dòng)電動(dòng)汽車的廣泛普及。

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：鋰離子電池

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