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科學(xué)家提出新型預(yù)鋰化策略用于提升鋰離子電池在寬工作溫區(qū)下的性能
時(shí)間:2019-10-21 21:33來源:大連化學(xué)物理研究所 作者:綜合報(bào)道
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近日，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究部研究員張華民、李先鋒、張洪章團(tuán)隊(duì)與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)火災(zāi)科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授王青松團(tuán)隊(duì)合作，提出了一種利用鋰化磷酸釩鋰（Li5V2(PO4)3）實(shí)現(xiàn)“先予后取”的無添加劑自預(yù)鋰化策略，并應(yīng)用鋰化磷酸釩鋰和硬碳（HC）組成了具有高比能量、高比功率和寬工作溫區(qū)的全電池。
改善低溫性能是實(shí)現(xiàn)鋰離子電池更廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵之一，但是，目前商用鋰離子電池所用的石墨負(fù)極在低溫條件下的實(shí)際容量較低。硬碳具有良好低溫儲(chǔ)鋰能力，可以有效改善電池的低溫性能。然而在電池化成過程中，硬碳負(fù)極界面形成的固態(tài)電極/電解質(zhì)界面（SEI）膜會(huì)不可逆地消耗Li+，從而降低電池的實(shí)際容量和比能量。預(yù)鋰化是解決上述問題的常用策略，但實(shí)際生產(chǎn)中直接使用鋰粉或鋰箔補(bǔ)鋰的方法工藝要求嚴(yán)苛、成本較高且安全性差，因此高效安全的預(yù)鋰化技術(shù)仍有待研究。
該工作中，科研人員選用具有良好低溫性能的鋰化磷酸釩鋰與硬碳負(fù)極組成全電池，巧妙地利用鋰化磷酸釩鋰在低電壓區(qū)的容量補(bǔ)償硬碳負(fù)極不可逆容量損失，有效提高了電池的比能量。所得全電池在室溫下基于正負(fù)極活性物質(zhì)的比能量可達(dá)到320Wh/kg，并且在-40°C的低溫條件下充放電仍有80%容量保持率。原位表征和熱量分析結(jié)果表明，鋰化磷酸釩鋰充放電過程中結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、產(chǎn)熱量低，具有良好的安全性。該預(yù)鋰化方法為彌補(bǔ)負(fù)極首次不可逆容量損失提供了新策略，同時(shí)Li5V2(PO4)3||HC電池的設(shè)計(jì)，為低溫鋰離子電池提供了具有潛力的應(yīng)用選擇。
上述工作得到中科院潔凈能源創(chuàng)新研究院合作項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目、教育部能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心（iChEM）項(xiàng)目、中科院青年促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目等資助。相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在《納米能源》（Nano Energy）上。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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