研究动态

金属Li负极具有最高的理论比容量(3860 mAh g−1)和最低的电化学电位(−3.04 V vs. 标准氢电极),这使它成为可充高能量密度Li金属电池负极的最终选择。在过去的几十年中,人们一直致力于研发室温环境下工作的Li金属电池并取得了令人振奋的进展,但对高温Li金属电池的研究很少。当前,除了传统的熔盐的传统高温Li金属电池,有报道使用复杂的陶瓷管电解质限域液态金属的流动来实现电池的高温运行,但是复杂的电池构造和高度活化的液态金属Li或导致电池制作复杂、安全性差。对高温简单构造的Li金属电池的探索依然是空白。



当前高温Li电池存在的不足根本原因是液态金属Li的流动性和高反应活性,因此,探索耐热性好的Li金属电极,对于简化高温Li金属电池的结构和提高电池热安全性具有重要意义。为此,作者提出以下三条指导方针用来寻找耐热性高、稳定性好的Li金属负极:1)电极材料应具有良好机械和热稳定性的三维导电框架;  2)该框架应具有合理的孔隙结构;  3)该框架表面具有较好的亲Li性。

本工作采用Li5B4/Li复合材料作为高温电极,该材料由金属Li填充在相互连接的3D Li5B4纤维骨架中构成。这样的结构可以使电极在325°C高温下不发生液态金属Li泄漏,因此以它作为负极与固态电解质匹配的电池可以常规结构在高温下稳定工作。Li4B5纤维骨架的多孔结构及其亲Li表面所产生的毛细力使得Li5B4/Li复合材料具有良好的耐热性。作者将Li5B4/Li电极匹配石榴石型陶瓷电解质(Li6.5La3Zr0.5Ta1.5O12)组装三明治结构对称电池,该电池在200°C时展现了稳定的Li剥离/沉积行为及较低的低过电位(~6mV)。这项工作有别于基于熔融盐的传统高温Li金属电池,在简化了电池结构的同时提高了安全性,为高温Li金属电池的研发提供了新的思路。相关工作以“A Lithium Metal Anode Surviving Battery Cycling Above 200 °C”为题发表在期刊Advanced Materials上。


发布时间:2021-04-09 浏览:字体大小[ ]