清華大學發現可擴展的鋰離子電池陽極預鋰化方法
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設備和技術提供動力。 雖然鋰離子電池比其他電池技術具有多種優勢，但其當前的能量密度限制了電動汽車的續航里程。
研究表明，固體電解質中間相（SEI）（電池內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（第一次循環之前電池中的電子傳輸效率）產生不利影響，從而降低電池的能量密度。
預鋰化（prelithiation）是一種有助于抵消這種影響、減少鋰離子電池內部活性鋰的損失，從而提高其能量密度的有效策略。該策略主要包括預處理電極，在電池首次運行循環之前向電池中添加鋰。
據外媒報道，清華大學的研究人員最近推出一種新方法，可以大規模地對鋰離子電池陽極進行預鋰化。相關研究已發表于期刊《Nature Energy》。論文中稱該預鋰化策略基于轉移印刷，即一種將圖案印刷到中間介質上，然后將其應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、高質量和高工業兼容性的預鋰化策略。我們開發出卷對卷電沉積和轉印系統，用于連續預鋰化鋰離子電池陽極。通過卷對卷壓延，預制陽極可以完全轉印到電沉積的鋰金屬上。轉印過程中的界面分離和粘附分別與界面剪切和壓應力有關。”
研究人員通過運行一系列仿真和電化學測試來評估他們的方法。結果發現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建的SEI膜的穩定性。Yang、Ma及其同事發現，當與NMC和LFP陰極（LIB中最常用的兩種陰極）結合使用時，預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：“通過簡便的轉印預鋰化，石墨和硅/碳復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。該卷對卷轉移印刷為鋰離子電池提供了高性能、可控、可擴展和行業適應性的預鋰化。”
迄今為止，Yang、Ma及其同事提出的轉移印刷策略已經取得了非常有希望的結果，這表明它最終可以實現大規模且可靠的LIB電極預鋰化。未來，該方法將可以推動電動汽車的廣泛普及。
(責任編輯：子蕊)
文章標簽：
鋰離子電池
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