北理工在金属锂电池研究领域获得新进展

发布日期:2018-01-11
核心提示:金属锂凭借其极高的理论比容量(3860 mA h g?1)和负的电极电位(?3.045 V vs. 标准氢电极)而被认为是具有开发前景的高比能负极材料
 金属锂凭借其极高的理论比容量(3860 mA h g?1)和负的电极电位(?3.045 V vs. 标准氢电极)而被认为是具有开发前景的高比能负极材料之一。但金属锂电极的实用化受到锂枝晶生长和较低循环效率的限制。金属锂是一种高活泼性金属,与电解液接触时形成结构和组分复杂的固态电解质界面,在电化学反应过程中难以维持界面的稳定。因此,界面处锂离子的不均匀沉积易引发针状、树枝状、苔藓状的锂沉积。锂枝晶的生长一方面会刺破隔膜,与正极接触引发电池短路,造成安全隐患;另一方面也增大了金属锂与电解液的接触面积,使得副反应增多,电池的循环效率进一步下降。
 
“刚柔相济”的复合膜对界面进行修饰后,可有效依附于金属锂表面,并抑制枝晶生长的示意图
 
为了构建稳定的金属锂/电解液界面,调控锂的均匀沉积,该课题组提出以无机LiF为刚性组分,以PVDF-HFP聚合物为柔性组分来构建“刚柔相济”的复合膜,以在电化学循环过程中稳定金属锂与电解液的界面。其中,柔性聚合物提供的柔性和可伸缩性可承受金属锂电极沉积/溶解过程中的界面波动,而刚性组分的引入可进一步提升修饰层的机械模量,从而抑制锂枝晶生长,实现锂的均匀沉积。将这种同时具有好的形变性能、高的机械模量和离子导率的界面修饰层引入到纽扣电池中后,Li-Cu半电池、Li-Li对称电池的循环寿命以及循环稳定性都显着提升;与磷酸铁锂正极匹配的全电池测试中,复合层修饰后的电池循环寿命提升了2.5倍。

 
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