北理工課題組在鋰金屬復(fù)合負(fù)極方向取得研究進(jìn)展
發(fā)布日期:2021-12-21 供稿:前沿交叉科學(xué)研究院
編輯:石殊倫 審核:唐水源 閱讀次數(shù):近日,國際材料領(lǐng)域期刊《Advanced Energy Materials》(影響因子29.368)報(bào)道了北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院黃佳琦課題組在鋰金屬復(fù)合負(fù)極方向研究的新進(jìn)展,,相關(guān)研究成果以“Failure Mechanism of Lithiophilic Sites in Composite Lithium Metal Anode under Practical Conditions”為題在線發(fā)表,。該工作第一作者為北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院博士研究生詹迎新,,通訊作者為北京理工大學(xué)黃佳琦教授。
金屬鋰有著極高的理論比容量(3860 mAh g?1)和極低的還原電極電勢(shì)(?3.040 V vs標(biāo)準(zhǔn)氫電極),,被認(rèn)為是高比能二次電池的理想負(fù)極材料之一,。然而,金屬鋰在反復(fù)沉積/脫出過程中容易形成鋰枝晶和發(fā)生體積膨脹等問題,,導(dǎo)致鋰金屬電池的庫侖效率低,,循環(huán)壽命短。將修飾親鋰位點(diǎn)的三維骨架引入鋰金屬負(fù)極中,,可以有效誘導(dǎo)鋰均勻沉積,,緩解鋰的體積膨脹。然而,,目前報(bào)道的親鋰位點(diǎn)的測(cè)試大多在溫和的測(cè)試條件(低循環(huán)容量,、高N/P比)下進(jìn)行,親鋰位點(diǎn)在實(shí)用化條件(高循環(huán)容量,、低N/P比)下的可行性很少有人去探究,。此外,,在實(shí)用化條件下,親鋰位點(diǎn)的組成和結(jié)構(gòu)是否會(huì)發(fā)生演變,,親鋰位點(diǎn)是否會(huì)在循環(huán)過程中發(fā)生脫落,,這些問題都值得探究。因此,,為了進(jìn)一步合理設(shè)計(jì)親鋰位點(diǎn),,解耦實(shí)用化條件下親鋰位點(diǎn)的演變行為十分重要。
圖1 親鋰位點(diǎn)逐步失效示意圖
該團(tuán)隊(duì)利用模型體系首次探究了金屬基親鋰位點(diǎn)的失效機(jī)制,。研究發(fā)現(xiàn)在實(shí)用化測(cè)試條件下,,親鋰位點(diǎn)降低鋰形核過電位的優(yōu)勢(shì)會(huì)隨著循環(huán)圈數(shù)的增加而逐漸消失。循環(huán)容量的顯著增加,,導(dǎo)致死鋰的快速累積,。累積的死鋰會(huì)覆蓋親鋰位點(diǎn)(圖1),使鋰離子的擴(kuò)散阻力增加,,阻礙了鋰離子向親鋰位點(diǎn)的傳輸通道,,最終導(dǎo)致了親鋰位點(diǎn)的失效。一旦將累積的死鋰移除,,親鋰位點(diǎn)又重新恢復(fù)了降低鋰形核過電位的作用,。該親鋰位點(diǎn)失效機(jī)制的探究將有利于指導(dǎo)實(shí)用化條件下親鋰骨架的合理設(shè)計(jì)。此外,,這種探究金屬基親鋰位點(diǎn)失效機(jī)制的方法,,同樣適用于探究其他親鋰位點(diǎn)的失效,如金屬氧化物基親鋰位點(diǎn)和非金屬基親鋰位點(diǎn),。
論文信息:
Failure Mechanism of Lithiophilic Sites in Composite Lithium Metal Anode under Practical Conditions, Advanced Energy Materials , 2021, 10.1002/aenm.202103291.
Ying-Xin Zhan, Peng Shi, Xia-Xia Ma, Cheng-Bin Jin, Qian-Kui Zhang, Shi-Jie Yang, Bo-Quan Li, Xue-Qiang Zhang, Jia-Qi Huang*.
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202103291
附作者簡介:
黃佳琦,,北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院教授,博士生導(dǎo)師,,九三學(xué)社社員,。主要開展能源界面化學(xué)研究。發(fā)表SCI論文100余篇,,其中60余篇為ESI高被引論文,,h因子84。擔(dān)任中國顆粒學(xué)會(huì)青年理事會(huì)理事,,J. Energy Chem.,、InfoMat編委,Chin. Chem. Lett.,、Green Energy Environ.,、Energy Mater. Adv.青年編委。曾獲評(píng)2016年中國化工學(xué)會(huì)侯德榜化工科技青年獎(jiǎng),2018年中國顆粒學(xué)會(huì)青年顆粒學(xué)獎(jiǎng)等,;2018-2021年連續(xù)入選科睿唯安全球高被引科學(xué)家,。
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