UWO團隊揭示全固態鋰電池預成核劑的相演化過程

2020-12-03 蓋世汽車網

蓋世汽車訊 據外媒報導，西安大略大學Xueliang Sun教授帶領的團隊和多倫多大學的Chandra Veer Singh教授，提出一種預成核劑(MoS2)，通過控制鋰成核和沉積過程，在高電流密度下抑制鋰枝晶生長。此外，還闡明了預成核劑在運行的全固態鋰電池(ASSLB)電池中的相演化過程。

（圖片來源：greencarcongress)

固體聚合物電解質具有靈活性高、易於製備、成本/密度低和電化學/化學穩定性高等優點，在ASSLB電池中具有廣闊的應用前景。然而，在高電流密度下，鋰成核和生長不均會導致鋰枝晶不良生長，嚴重阻礙高速率ASSLB電池的發展。

研究人員表示，在運行中的ASSLB電池中，鋰預成核劑(MoS2)經過相演化，形成高度活躍的成核劑(Mo)，其中鉬可以促進鋰快速成核，抑制鋰枝晶生長。在鍍鋰過程中，鋰與鉬表現出很強的親和力，導致鋰快速成核並選擇性地沉積在比表面積較大的鉬表面上，降低局部電流密度。此外，鋰原子在鉬(110)表面快速擴散，促進鋰均勻沉積，限制鋰枝晶的生長。由於局部電流密度降低，以及鋰枝晶生長受限，使用MoS2預成核劑的鋰鋰對稱電池具有優異的電化學性能，在1 mA cm-2/1 mAh cm-2時可實現高達1000小時的循環壽命，在0.5 mA cm-2/2 mAh cm-2時循環壽命高達780小時。

Li-LiFePO4 (LFP)全電池測試進一步證明其實際應用潛力。Li-LFP ASSLB電池在1 mA cm-2的高電流密度下，經過3000次循環，顯示出78%的高容量保持能力。

ASSLB電池只有在合理的電流密度下，才有望投入實際應用。然而，在高電流密度下，鋰枝晶不良生長會阻礙工作電流密度提高，這仍然是一個挑戰。一般情況下，Li-Li對稱電池和全電池的電流密度小於0.5 mA cm-2，無法滿足ASSLB電池的實際應用要求。

結果表明，還原產物（Mo）是真正的成核劑。它具有重要的意義，可以促進鋰快速成核和選擇性沉積，抑制鋰枝晶生長。

鋰負極採用MoS2預成核劑，可以降低過電位，提升鋰穩定性。在高電流密度下，使ASSLB電池表現出良好的循環穩定性。

相關焦點

  • 全固態鋰電池的產業化現狀如何?
    解析二：全固態鋰電池的產業化現狀如何?業內預計全固態鋰電池有望在2020-2025年期間實現小批量生產。主要兩部分機構在做相關研究：1、國內知名高校及科研院所，具有代表性的團隊有：清華大學南策文院士團隊、中南大學劉業祥院士團隊、中科院物理所陳立泉院士團隊、中科院寧波材料所許曉雄團隊、中科院青島能源所崔光磊教授團隊等。2、國內鋰電池產業鏈上優秀企業，比如寧德時代、贛鋒鋰業、中航鋰電、貝特瑞、力神、臺灣輝能等等。2.2.
  • 進展|全固態鋰電池關鍵固態電解質材料與金屬鋰負極的熱穩定性研究
    然而，金屬鋰與液態電解質會發生反應，且會隨著電池循環產生鋰枝晶，造成電池較低的循環壽命和較差的安全性，這嚴重阻礙了金屬鋰電池的大規模應用。全固態電池將液態電解質替換成了不可燃的具有一定剛性的固態電解質，且一些固態電解質表現出對金屬鋰良好的兼容性，因而全固態電池被認為有望同時實現高能量密度和高安全性。然而，目前針對全固態電池安全性的研究工作相對較少，對全固態電池的安全性的認識也不夠深入。
  • 劉玉龍教授:聚合物全固態鋰電池的研究
    固態聚合物電解質，又稱為離子導電聚合物。固態聚合物電解質具有良好的成膜性，可用作鋰離子電池電解質。固態聚合物電解質在電子、醫療、空間技術、電致顯色、光電學、傳感器等方面有著廣泛的應用。但由於在使用過程中鋰枝晶的生長，以及所使用的有機液態電解液具有潛在安全風險，使其在可攜式設備和電動車中的使用受到了限制。因此，與液態電解液相比，具有高安全性能的固態聚合物電解質得到了飛速發展。同時，在全固態電池當中，有望搭配高容量的鋰金屬(3860 mA h g−1)作為負極，可以大幅度提高固態電池的能量密度。
  • 又薄又柔的固態電解質,讓全固態鋰電池飛起來!
    解決電池安全性能的重要任務,就這樣落到了全固態鋰電池的肩上。為了獲得與基於液體電解質的鋰電池相當的能量密度,固體電解質需要具有高離子電導率、力學強度好、不可燃、化學穩定性等特性。然而,用於液體電解質的商業聚合物電解質隔板厚度僅有10 μm左右,如果採用如此薄的固體電解質勢必會極大地增加電池短路的風險。
  • 全固態鋰電池的產業化現狀如何?|半導體|蔚來汽車(NIO.US)-智通...
    解析二：全固態鋰電池的產業化現狀如何?業內預計全固態鋰電池有望在2020-2025年期間實現小批量生產。主要兩部分機構在做相關研究：1、國內知名高校及科研院所，具有代表性的團隊有：清華大學南策文院士團隊、中南大學劉業祥院士團隊、中科院物理所陳立泉院士團隊、中科院寧波材料所許曉雄團隊、中科院青島能源所崔光磊教授團隊等。2、國內鋰電池產業鏈上優秀企業，比如寧德時代、贛鋒鋰業、中航鋰電、貝特瑞、力神、臺灣輝能等等。2.2.
  • 日本科學家用噴霧沉積法製備矽納米顆粒 實現高容量全固態鋰電池
    此種方法是一種極具成本效益的大氣技術，該研究結果表明，大規模且以低成本生產用於全固態鋰電池的高容量陽極成為了可能。(圖片來源：日本國立材料科學研究所)理論上說，矽的容量約為4,200mAh/g，約為商用鋰離子電池中常用的陽極活性材料–石墨的11倍，用矽替代傳統的石墨可以極大地延長電動汽車的續航裡程。
  • 豐田開發全固態鋰電池 稱2025年可商業化
    在開發鋰空氣電池技術的同時，豐田也在開發全固態電池，目前其實驗中的原型產品可達到400瓦時/升的體積能量密度。兩位專家對該類電池技術也作出了預測，在克服技術障礙的前提下，全固態電池可在2025年實現商業化，比鋰空氣電池早5年。全固態電池具有能量密度大和額定功率高的特點，使它具有很大的發展潛力。經驗證全固態電池放電率可達到50C。
  • 淺談全固態鋰電池的優勢和挑戰
    如果通俗地講，全固態電池就是裡面沒有氣體、沒有液體，所有材料都以固態形式存在的電池。而考慮到現在人們日常生活中最為常見的電池為鋰離子電池，我們在這裡將默認把「全固態鋰離子電池」當做全固態電池的代表（暫時忽略全固態鋰硫等新型電池）。 本文也會著重介紹全固態鋰離子電池（以下將全部簡稱為「全固態電池」）的各方面，以饗讀者。
  • 電動汽車用新一代全固態聚合物鋰電池面世
    依託中科院青島生物能源與過程研究所建設的青島儲能產業技術研究院成功開發出新一代全固態聚合物鋰電池。 該隔膜具有耐高溫性能優異、阻燃性能極佳、電解液浸潤良好等特點，極大地提升了鋰電池的倍率性能和安全使用性能，在中科院納米戰略性先導專項組織的第三方評價中展示出優異的高電壓性能
  • 固態鋰電池研發願景和策略
    圖5 固態鋰電池產業鏈設想Fig. 5 Purposed production chains for solid-state lithium batteries受制於以下三個主要方面的影響：缺乏降低正、負極側在初始和循環過程中界面電阻的方法；高容量、高倍率、低體積變化的金屬鋰負極技術方案仍需深入研發；兼具離子導電特性和力學特性的電解質膜技術不完備，高能量密度全固態鋰電池的實現
  • ...何平、周豪慎揭示全固態電池內空間電荷層對鋰離子輸運的影響機制
    全固態鋰電池擁有高能量密度和高安全性等優勢，成為能源領域研究的熱點。但是全固態電池內正極和電解質的固/固界面還存在諸多難題，尤其是空間電荷層效應。由於難以將空間電荷層與界面處其他影響鋰離子輸運的因素分離開，所以此前關於空間電荷層對鋰離子輸運影響的研究結果存在大量的分歧。
  • 固態電池全面分析——必經之路,2020準固態,2025全固態?
    技術原理傳統的液態鋰電池被人們形象地稱為「搖椅式電池」，搖椅的兩端為電池的正負兩極，中間為電解質（液態）。而鋰離子就像優秀的運動員，在搖椅的兩端來回奔跑，在鋰離子從正極到負極再到正極的運動過程中，完成電池的充放電過程。
  • 固態鋰電池或將解決電動汽車燃燒事故問題
    其中的鋰離子如同優秀的運動員在正負兩極間來回奔跑，在運動過程中即完成電池的充放電過程。 然而，這種看似有趣的結構卻存在隱患。據不完全統計，今年上半年電動汽車發生過10起燃燒事故。某消防單位對此總結，新能源汽車發生燃燒最為常見的場景表現為充電過程中的燃燒，此外，電池在行駛或停駛過程中也會產生燃燒。
  • 現代工學院何平、周豪慎揭示全固態電池內空間電荷層對...
    全固態鋰電池擁有高能量密度和高安全性等優勢，成為能源領域研究的熱點。但是全固態電池內正極和電解質的固/固界面還存在諸多難題，尤其是空間電荷層效應。由於難以將空間電荷層與界面處其他影響鋰離子輸運的因素分離開，所以此前關於空間電荷層對鋰離子輸運影響的研究結果存在大量的分歧。
  • 我校固態鋰電池團隊取得系列高影響力成果
    新聞網訊 2020年，我校固態鋰電池研究團隊在中科院「百人計劃」、「泰山學者」郭向欣教授的帶領下，取得一系列高影響力的研究成果。以青島大學為第一單位和通訊單位，在Electrochem.Today Nano, 2020, 10, 100075（第一作者黃瑋麟）發表2篇綜述文章，系統闡述了實用化固態電池的設計策略與優化方案。以此為指導方針，在ACS Energy Lett., 2020, 5(1), 252-262（IF=19.003，引用23次）、Energy Storage Mater., 2021, 35, 512-519（IF=16.28，第一作者畢志傑）、J.
  • 固態鋰電池產業化及其影響深度研究報告
    國內全固態鋰電池仍處於基礎性研究階段。主要兩部分機構在做相關研究：1、國內知名高 校及科研院所，具有代表性的團隊有：清華大學南策文院士團隊、中南大學劉業祥院士團隊、 中科院物理所陳立泉院士團隊、中科院寧波材料所許曉雄團隊、中科院青島能源所崔光磊教 授團隊等。2、國內鋰電池產業鏈上優秀企業，比如寧德時代、贛鋒鋰業、中航鋰電、貝特瑞、力神、臺灣輝能等等。
  • 全固態聚合物鋰電池 循環使用次數和穩定性得到提升
    （瀋陽日報、沈報全媒體記者嶽雨）9月23日記者獲悉，中國科學院金屬研究所瀋陽材料科學國家研究中心先進炭材料研究部新型電化學材料與器件團隊，近日在聚環氧乙烷基高性能電解質和固態電池方向研究取得新進展，提高了全固態聚合物鋰電池循環使用次數和穩定性，並實現在室溫和低溫下（0℃）的優異電化學性能。
  • 鋰電池宿命:繞不過的固態電池
    這是鋰電池應用史上的巨大突破。電解液的方向基本確定後，就需要尋找合適的正極材料：能夠與金屬鋰匹配的高容量材料。科學家們在摸索的過程中發現了兩條路徑：一是具有層狀結構的電極材料；二是二氧化錳為代表的過渡金屬氧化物。過渡金屬氧化物率先獲得成功，日本三洋率先生產出鋰原電池，鋰電池終於從概念變成了商品。
  • 宜春清陶固態動力 鋰電池項目(一期)投產
    本報訊 王小軍報導：7月29日，我市重大項目建設領域又傳喜訊：經過近一年時間建設，宜春清陶固態動力鋰電池項目(一期)在宜春經濟技術開發區正式投產。　　南策文在致辭中對新能源汽車及相關產業最新發展趨勢、固態鋰電池優勢特點和美好應用前景作權威評述。他說，固態鋰電池可以從根本上解決鋰電池的安全性問題，具有能量密度高、耐高溫、長壽命、可柔性化等優點，在特種電源和高端數碼等領域已成功應用，在新能源汽車領域將先行先試，是新技術、新趨勢。