大数跨境

EnSM: 具有改良铜集流体的Li2S基无负极全电池

EnSM: 具有改良铜集流体的Li2S基无负极全电池 科学材料站
2020-05-20
1
导读:​作者展示了一个以Li2S为正极、Au改性铜箔为空负极集流体的无负极全电池,可实现高达626 Wh kg -1的能量密度。作者将金引入无负极结构中,以形成一种更具潜力的锂硫全电池负极。Cu集流体表面微

华中科技大学


导读

无负极锂金属电池被认为是一种有望实现超高能量密度结构,但仍存在库仑效率低、容量衰减快和枝晶生长等问题。
近日,华中科技大学的黄云辉教授、李真教授等人在在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“Li2S-based anode-free full batteries with modified Cu current collector”的文章。Jie Chen为本文第一作者。

作者展示了一个以Li2S为正极、Au改性铜箔为空负极集流体的无负极全电池,可实现高达626Wh kg-1的能量密度。改性Au(0.168mgcm-2,$0.008cm-2)将转变为LixAu合金和固溶体,成功地降低了Li沉积的成核势垒,诱导了无锂枝晶产生的形貌。结果表明,无负极Li2S | | Au/Cu全电池的初始库仑效率提高了69%,并且在150个循环中具有较高的循环稳定性。这项工作为实现具有更高的整体能量密度和极稳定的界面化学性质的真正的锂受限Li-S完整电池提供了一条新途径


关键词

1、无负极锂金属电池(AFLMB)和无负极钠金属电池(AFNMB)
    在这种电池中,负极中没有锂金属或石墨。在第一次充电过程中,锂离子直接沉积在空的可用作临时负极的负极集流体上,在第一次循环过程中,大部分锂离子可以从负极侧剥离并回到正极,仅有一小部分锂离子用于形成固体电解质界面(SEI),这可能会稍微影响整个电池的初始库仑效率。在接下来的循环中,无负极电池可以与普通锂金属电池和锂离子电池一样循环。由于负极侧缺乏活性材料,无负极设计显著降低了全电池的总重量,与传统锂离子和锂金属电池相比,这有助于提高电池的总重量和体积能量密度。
2、Li2S正极材料
与基于有限容量(小于200毫安时g-1)的插层反应(如LiFePO4、LiCoO2和LiNixMnyCo1-x-yO2)的传统正极材料相比,Li2S因其高理论容量(1166mAh g-1)而被认为是下一代充电电池的良好正极候选材料。Li2S具有自包含的Li源,可与各种负极材料耦合,例如石墨(G)、锡(Sn)、硅(Si)以及Li金属。在多种电池组合方案中,采用Li2S正极的无负极系统达到了最高的重量和体积能量密度。
 3、无负极锂硫电池的负极界面修饰方法
研究认为,如果能对负极界面进行有效的修饰,这种无负极锂硫电池的电化学性能将得到很大的改善。不幸的是,铜长期以来被称为憎锂材料,因此当锂离子被直接镀到铜集流体上并剥离时,会导致锂枝晶生长和低库仑效率。先前的研究已经证明,Au是控制Li沉积过程中枝晶生长的良好诱导剂。因此,如果能合理地将Au定位在裸铜箔的表面/界面上,则有助于实现更稳定的Li沉积,从而提高AFLMBs的库仑效率和循环寿命。


核心内容

作者将金引入无负极结构中,以形成一种更具潜力的锂硫全电池负极。Cu集流体表面微量的Au可以明显降低锂沉积的成核势垒,同时对整体能量密度几乎没有影响。在循环过程中,Au会转变为亲锂的LixAu合金和固溶体,有助于实现Li金属更稳定的沉积和溶解。结果表明,在Cu/Au集流体上形成了致密光滑的Li形态,相应的Cu/Au | Li2S全电池的循环性能明显优于裸铜箔电池。

1.组成与能量密度


文章链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2405829720301811


老师简介:

黄云辉 教授 博士生导师

教育经历:

1997.9 ~ 2000.7 北京大学    研究生(博士)毕业 

1988.9 ~ 1991.7 北京大学    研究生(硕士)毕业 

1984.9 ~ 1988.7 北京大学    本科(学士) 

学术荣誉:

2008    国家杰出青年科学基金获得者

2009    国家百千万人才工程

2013    享受政府特殊津贴人员

研究方向:车用新能源关键材料与技术,固体氧化物燃料电池,下一代电池关键材料与技术,锂离子动力与储能电池

社会兼职:

2012.12-2017.11科技部“863”计划材料领域主题专家组专家,2016.11-至今中国材料研究学会理事,2014.11-至今中国硅酸盐学会固态离子分会理事会理,2015.11-至今中国化学会电化学委员会委员,2014.11-至今中国仪器仪表学会功能材料分会第6届理事会常务理事,2019.3-至今“Electrochemical Energy Review”副主编,2017.9-2018.9“Advanced Materials”客座编辑,2015.9-至今“Energy Storage Materials”编委,2014.9-2018.9“Science China Materials”编委,2014.9-至今,“Journal of Materiomics”编委,2014.9-至今《储能科学与技术》编辑委员会委员

信息来源:http://faculty.hust.edu.cn/huangyunhui/zh_CN/index.htm

 

李真 教授 博士生导师

教育经历:

2002.9-2006.6中国地质大学(武汉)材料科学与工程 本科(学士) 工学学士学位

2006.9-2009.3西北工业大学 材料学 研究生(硕士)毕业 工学硕士学位

2015.2-2018.9 新加坡南洋理工大学 材料学 研究生(博士后) 合作导师:楼雄文教授

2011.9-2014.12 华中科技大学 材料科学与工程学院 材料学 研究生(博士)毕业 工学博士学位 导师:黄云辉教授,袁利霞教授

研究方向:新型高比能金属-硫二次电池,高比能固态电池,锂硫电池

信息来源:http://faculty.hust.edu.cn/LIZHEN/zh_CN/index.htm


版权声明:

1) 本文仅代表原作者观点,不代表本平台立场,请批判性阅读。

2) 本文内容若存在版权问题,请联系我们及时处理。

3) 如作者对该文章有误解误读,请联系我们进行修改,欢迎各位老师进行批评指正。

4) 本文版权归科学材料站公众号所有,翻版必究。

投稿请联系contact@scimaterials.cn

1.组成与能量密度

【声明】内容源于网络
0
0
科学材料站
内容 0
粉丝 0
科学材料站
总阅读0
粉丝0
内容0