北大深圳研究生院新材料學院發表Advanced Energy Materials封面文章

2016/09/28 信息來源： 深圳研究生院新材料學院

可充電鋰離子電池因其具備高的功率密度在能量存儲方面扮演著重要角色。鋰離子電池面臨的一個關鍵的挑戰就是如何同時實現高倍率性能和容量，這對可攜式電子設備、電動車以及可再生能源智能電網都有很大的影響。儘管超級電容器能夠實現快速充放電，但是與鋰離子電池相比，其容量太低同時成本太高。因此提高鋰離子電池倍率性能和容量是現在研究的主要方向。

Advanced Energy Materials 2016年10月封面

北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒課題組最近將磷酸鐵錳鋰電池材料和3D列印技術結合，實現了電池的超高倍率性能和容量。3D列印技術在最近幾年發展迅速，因其能夠快速成型、低成本等特點被廣泛應用，同時通過控制流速和壓力能夠列印出不同厚度和寬度的材料，且其均一性也很好。3D列印技術在鋰離子微電池領域已經有很廣泛的應用，本篇文章巧妙地實現了磷酸鐵錳鋰電池材料和3D列印技術的結合，並製備了3D-printing電極，在100C的條件下能夠達到108mAhg^-1，10C和20C的電流密度下循環1000次有150和140mAhg^-1的容量保留。課題組接著利用贗二維隱馬爾科夫模型 (Pseudo 2D Hidden Markov Model) 對3D列印電極和傳統電極的實驗數據進行分析，第一次闡述了實現鋰離子電池高倍率性能的關鍵因素。結果顯示，在100C的電流密度條件下，鋰離子體相擴散不是影響倍率性能的決策步，然而溶質擴散、有效孔隙率、電極厚度等對實現高倍率容量起到了關鍵作用。同時，計算發現在電極厚度超出一定範圍後，上述因素對等效擴散係數影響很大，這決定著鋰離子電池的整個動力學過程。這些基礎研究為設計擁有優越電化學性能的鋰離子電池提供了有利的指導。

 3D列印鋰電池正極材料

磷酸鐵錳鋰電池材料的倍率性能

該研究成果近期以全文形式發表在Advanced Energy Materials (Adv.Energy Mater.2016，1600856，影響因子IF=15.23)上，該工作由潘鋒教授指導，由2015級博士生胡江濤、2013級碩士生蔣儀和崔歲寒合作完成。

文章連結

編輯：山石