Создайте нулевое набухание литиевого композитного анода для достижения высокой плотности энергии
Литературная оценка: создание нулевого объемного набухания литий-композитного анода для получения стабильной гибкой литий-металлической батареи с высокой плотностью энергии
Информация об авторе и краткое содержание статьи
В 2022 году исследовательская группа Дэн Юнхун из Южного университета науки и технологии в сотрудничестве с профессором Чжэн Цзыцзяном из Гонконгского политехнического университета (первый автор: Луо Чао, докторант Южного университета науки и технологии) разработала метод роликового метода для подготовить расширенный литий-композитный отрицательный электрод нулевого объема, который может значительно улучшить плотность энергии и гибкие механические свойства литий-металлических батарей. Отрицательный электрод имеет многослойную структуру: включает верхний слой электронной изоляции, аффинный литиевый слой внизу и пористый слой посередине. Кроме того, автор подтвердил превосходную гибкость, плотность энергии и скорость удержания цикла литий-металлической батареи, сопоставив положительные электроды НКМ и LCO.
Рис. 1. Принципиальная схема расширительного анода нулевого объема с литиевой заливкой
Программа тестирования
1. Создайте литиевый композитный анод и полностью литий-металлический аккумулятор.
2. Структурная характеристика: морфологическая характеристика КЭ-СЭМ, химическая структура поверхности, XPS и поведение при набухании, SWE2100 (ИЭСТ).
3. Характеристика электрохимических характеристик: цикличность электрической пряжки и мягкой упаковки.
4. Характеристика механических характеристик: характеристики изгиба электрода и аккумуляторной батареи.
Интерпретация результата
Рис. 2. Принцип конструкции и характер объемного набухания металлического литиевого анода с нулевым объемом.припухлость
Используя электронную изолирующую пористую пленку (Эифильм), сочетающую матрицу из углеродного волокна с медным покрытием (Cu СМ) и ультратонкий лист сплава Ли мг, автор изготовил полый композитный литий-металлический анод. Успешное изготовление литиевого композитного анода с многослойной структурой было подтверждено с помощью СЭМ и диаграммы сопоставления элементов. Чтобы продемонстрировать нулевой объемприпухлостьсвойства этого композита, авторы собрали Ли против НКМ811Однослойная ячейка с использованием метода испытаний в-местоприпухлостьтолщина иприпухлостьсила, очевидно, может сравнить небольшую толщину или напряжениеприпухлостьнулевого анода ВЭ-Ли в процессе цикла заряда и разряда, что доказывает отличноеприпухлостьэффективность подавления композиционного материала.
Рис. 3. СЭИ и диаграмма анализа циклической стабильности металлического литиевого анода с нулевым объемом.припухлость
С помощью XPS, характеризующего изменения интерфейса металлического лития, вызванные функциональным слоем изоляции верхнего слоя нового металлического литиевого анода, доказано, что СЭИ содержит неорганический слой Ли с лучшим ингибирующим действием на дендрит лития.3N, и Ли F. И положительный полюс НКМ811По сравнению с двумя типами батарей LCO, элемент батареи имеет самый высокий показатель сохранения емкости цикла с нулевым ВЭ-Ли в качестве отрицательного электрода.
Рисунок 4. Электрохимическая и механическая стабильность однослойной литий-металлической батареи.
С помощью динамических испытаний на изгиб и сопротивление авторы обнаружили, что нулевой ВЭ-Ли не показал значительных изменений в сопротивлении и морфологии после 4000 экспериментов по изгибу, демонстрируя превосходную гибкость. Нулевой электрод ВЭ-Ли был согласован с гибким положительным электродом с высокой поверхностной нагрузкой для сборки гибких батарей. Из оценки стабильности электрохимического цикла и механической стабильности нулевой объемприпухлостьотрицательный электрод показал высокую эффективность Калломба, высокую скорость сохранения емкости цикла и хорошие гибкие характеристики.
Рис. 5. Электрохимическая и механическая стабильность цельной многослойной литий-металлической батареи.
Авторы продолжили подготовку двухстороннего расширительного анода с нулевым объемом и обнаружили, что они обладают более высокой удельной массой, чем коммерческие анодные материалы. Собранные многослойные гибкие литий-металлические батареи имеют высокую весовую плотность энергии и объемную плотность энергии, и все еще могут поддерживать уровень сохранения емкости 75% после 3000 кругов экспериментов по изгибу. Сравнивая значения плотности энергии гибких батарей на основе лития в другой соответствующей литературе, гибкая литий-металлическая цельная батарея на основе разбухающего литиевого композитного анода, разработанная в этой работе, имеет чрезвычайно высокую плотность поверхностной энергии (22,7 мВтч·см).-2), Практическая объемная плотность энергии (375 Вт·ч·л-1, исходя из объема положительного и отрицательного электрода, диафрагмы и упаковочного материала) и рекордной гибкой добротностью (ФОМ, 45,6).
Подвести итог
В этой статье разработан литиевый композитный анод с нулевым объемом расширения, который обладает превосходными электрохимическими свойствами и механической гибкостью и может значительно улучшить плотность энергии литий-металлических батарей. Отрицательный электрод имеет многослойную структуру: включает верхний слой электронной изоляции в нижней части, литиевый аффинный слой в нижней части и пористый слой в середине. 
Кроме того, автор подтвердил превосходную гибкость, плотность энергии и скорость удержания цикла соответствующей гибкой литий-металлической батареи путем сопоставления положительных электродов НКМ и LCO. Конструкция расширения с нулевым объемом дает новые идеи для практического применения литий-металлических батарей. Производственный процесс «от объема к объему» также демонстрирует свой потенциал для крупносерийного производства. В принципе, нулевой объемприпухлостьКонструкция также подходит для создания других аккумуляторов с отрицательным металлом (например, аккумуляторов из натриевых, калиевых и цинковых металлов) для улучшения плотности энергии, цикличности и структурной стабильности.
Оригинальная литература
Чао Луо, Хун Ху, Тянь Чжан, Шуцзин Вэнь, Руо Ван, Янан Ань, Шан-Сен Чи, Цзюнь Ван, Чаоян Ван, Цзянь Чан*, Цзыцзянь Чжэн* и Юнхун Дэн*. Литий-композитные аноды с объемным расширением для создания гибких и стабильных литий-металлических батарей с высокой плотностью энергии, Передовой Материалы, дои.организация/10.1002/адма.202205677.
Рекомендуется испытательное оборудование, связанное с энергетическими технологиями ИЭСТ
Система анализа набухания серии Швеция (ИЭСТ): использование высокостабильной и надежной платформы автоматизации, оснащенной высокоточным датчиком измерения толщины, для измерения величины изменения толщины и скорости изменения всего процесса зарядки и разрядки элемента, что может реализовать следующие функции:
1. Условия постоянного давления для проверки кривой толщины вздутия батареи.
2. Проверьте кривую силы вздутия батареи в условиях постоянного зазора.
3. Испытание батареи на сжатие: кривая напряжения и деформации – модуль сжатия.
4. Пошаговое испытание силы набухания аккумулятора.
5. Различный контроль температуры: -20~80℃.
