高效化學(xué)預(yù)鋰化方法在高比能鋰離子電池中的應(yīng)用:
眾所周知,高能量密度鋰離子電池體系的構(gòu)建需要具有高容量和低電壓的負極材料(如Si負極和Sn負極),但是這些負極材料在鋰化過程中都存在著巨大的體積膨脹。體積膨脹導(dǎo)致多余的鋰離子消耗,造成對全電池不利的不可逆容量和較低的前幾周庫倫效率。近幾年,艾新平教授的研究團隊新開發(fā)出了簡單高效的化學(xué)預(yù)鋰化方法來對電化學(xué)循環(huán)前的正負極材料預(yù)補鋰以補償其首周SEI膜形成所消耗的Li來提高庫倫效率[6]。對于不含Li的正極材料如硫化聚丙烯腈(S-PAN)來說,預(yù)鋰化處理能夠使其有機會與無鋰負極匹配為全電池,而避免了使用金屬鋰負極面臨的枝晶生長等棘手的問題。
圖4 化學(xué)預(yù)鋰化的Li2S-Si全電池示意圖
HUIZHONG鋰電池具有放電平臺好,安全性高,壽命長,低溫性能優(yōu)異等突出特點。
2019年,艾新平教授團隊在ACS Energy Letters上報道了他們首個有關(guān)化學(xué)預(yù)鋰化方法在高比能鋰離子電池構(gòu)建方面的研究成果。他們利用萘鋰溶液對S-PAN正極進行了全部預(yù)鋰化使其成為Li2S-PAN正極,對Si負極進行了部分預(yù)鋰化,并將這兩種電極匹配構(gòu)建了能量密度高達710Wh/kg的Li2S-Si全電池。這種高比能全電池工作過程中的Li+主要由完全預(yù)鋰化的正極提供,Si負極部分預(yù)鋰化的結(jié)果是降低首周SEI膜形成造成的容量損失。該Li2S-Si全電池的首周庫倫效率高達93.45%,循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能也十分優(yōu)異。萘鋰溶液作為化學(xué)預(yù)鋰化試劑的優(yōu)勢在于其穩(wěn)定性和溫和型,與傳統(tǒng)的正丁基鋰預(yù)鋰化試劑相比,共軛芳環(huán)能夠*大限度地穩(wěn)定含鋰自由基,其在空氣條件下暴露也十分安全。而與工業(yè)上常用的鋰粉補鋰相比,液態(tài)的預(yù)鋰化試劑更能夠使電極材料內(nèi)部預(yù)鋰化程度均一。
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