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

時間: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存能量的可充電電池，用于為從筆記本電腦、智能手機到電動汽車等無數(shù)設(shè)備和技術(shù)提供動力。 雖然鋰離子電池比其他電池技術(shù)具有多種優(yōu)勢，但其當(dāng)前的能量密度限制了電動汽車的續(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）的形成會消耗大量的鋰離子。這會對初始庫侖效率（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，在電池首次運行循環(huán)之前向電池中添加鋰。
 
    據(jù)外媒報道，清華大學(xué)的研究人員最近推出一種新方法，可以大規(guī)模地對鋰離子電池陽極進行預(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)。”
 
    研究人員通過運行一系列仿真和電化學(xué)測試來評估他們的方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)該方法顯示性能非常好，因為可以提高石墨基和硅/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，除了實現(xiàn)這些高初始庫倫效率之外，該團隊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，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。該卷對卷轉(zhuǎn)移印刷為鋰離子電池提供了高性能、可控、可擴展和行業(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，該方法將可以推動電動汽車的廣泛普及。
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
文章標(biāo)簽： 鋰離子電池
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