提高高容量锂离子电池能量密度的新工艺

基于硅的阳极概念图

韩国科技学院(KIST)宣布开发一种技术,为与基于硅的阳极( - )材料相关的持续问题提供了简单的解决方案。信誉:韩国科技学院

一种新的预处理策略解决了硅阳极材料的长期问题。这种基于解决方案的策略可实现简单安全的大规模生产。

韩国研究人员团队开发了一种用于最大化高容量电池的能量密度的加工技术。联合研究团队,由李志博士组成,李志博士能源存放研究中心和能源材料研究中心纪云博士,韩国科学研究所的清洁能源研究所(kist.),宣布开发一种技术,该技术为与基于硅的阳极( - )材料相关的持续问题提供了简单的解决方案。

近年来,在锂离子电池中,硅负极材料能够存储比石墨负极材料多四倍的锂离子,因其在提高电动汽车行驶里程方面的潜力而受到越来越多的关注。但是,当在初始循环中充电时,硅阳极电池会损失20%以上用于存储电力的锂离子,这就导致了电池容量下降的问题。为了解决这个问题,研究了一种“锂预加载”或“预锂化”的方法,即在电池组装前添加额外的锂,以弥补电池循环过程中的锂损耗。目前应用的方法,如使用锂粉,存在安全隐患和成本高的缺点。

KIST的李博士和洪博士开发了一种技术,可以使用含锂溶液而不是锂粉预加载锂离子,以防止硅基阳极中的锂丢失。将电极浸入定制的溶液中5分钟就足以成功实现锂预加载,通过自发的化学反应,电子和锂离子被插入硅基阳极中。使这一简单过程成为可能的是,与传统的将锂粉添加到引导非均匀锂分布的电极不同,定制的预锂化溶液迅速渗入电极,确保锂均匀地输送到硅氧化物中。

由研究小组开发的预期硅基阳极在第一电荷中损失小于1%的活性锂,产生高初始电池效率为99%或更高。用市场上普通的阳极制造的电池,使用市场上可用的石墨阳极呈现比可比较电池的能量密度高出25%(406WH / kg?504WH / kg)。

Lee博士领导的研究,评论”,通过融合一个*计算材料科学技术最优的分子结构的设计,我们能够提高效率的高容量硅阳极突飞猛进的简单的方法就是控制溶液温度和反应时间。由于这项技术很容易适用于现有电池制造设施中使用的**卷对卷工艺,我们的方法有潜力在实际电池中实现硅基阳极的突破。联合首席研究员洪博士说:“这项合作工作可以实现,因为KIST鼓励来自不同研究团队的成员进行联合研究。”他还补充说,“这种预开采技术可以使电动汽车的平均行驶里程至少增加100公里。”

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参考文献:“分子量定制的锂 - 芳烃综合体使高容量锂离子电池阳极化学预介性”Juyoung Jang,Inyeong Kang,Jinkwan Choi,Hyangsoo Jeong博士,Kyung-Woo Yi教授,Jihyun Hong博士和博士。Minah Lee,2020年5月13日,Angewandte化学:国际版
DOI:10.1002 / ANIE.202002411

KIST储能研究中心的另一项成果是,通过将“油炸”硅与淀粉混合使用,可以缓解电池重复循环过程中硅基阳极的巨大体积变化(Nano Lett. 2020, 20,1625 -635)。

该研究得到了韩国科学技术研究所(KIST)的制度研究计划的支持。该研究还得到了解决气候变化和韩国国家研究基金会的气候变化和氢能创新技术发展方案的支持。报告这项技术的研究文章将在即将发布的问题上发表Angewandte化学:国际版是国际化学杂志(如果:12.257;占yabovip2021JCR的9.593%),作为内部封面故事。

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