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成果分享 | 通过在富锂Li2Ni0.5Mn1.5O4尖晶石阴极中预锂化延长初始无阳极锂金属电池的寿命
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成果分享 | 通过在富锂Li2Ni0.5Mn1.5O4尖晶石阴极中预锂化延长初始无阳极锂金属电池的寿命

成果分享 | 通过在富锂Li2Ni0.5Mn1.5O4尖晶石阴极中预锂化延长初始无阳极锂金属电池的寿命 CHIPNOVA 超新芯原位电镜
2023-09-01
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导读：无负极锂金属电池(AF-LMBs)可以提供最大的能量密度。然而，实现长寿命的AF-LMBs仍然具有挑战性，因为在负极上Li+镀覆/剥离的可逆性差。在这里，结合氟电解质，作者介绍了一种正极预锂化策略，以

【论文链接】
https://doi.org/10.1039/D2SC06772B
【作者单位】
厦门大学
【论文摘要】
无负极锂金属电池(AF-LMBs)可以提供最大的能量密度。然而，实现长寿命的AF-LMBs仍然具有挑战性，因为在负极上Li+镀覆/剥离的可逆性差。在这里，结合氟电解质，作者介绍了一种正极预锂化策略，以延长AF-LMBs的寿命。

以富锂的Li2Ni0.5Mn1.5O4正极作为锂离子增量剂构建AF-LMB，Li2Ni0.5Mn1.5O4可以在初始充电过程中释放大量的Li+以抵消持续的Li+消耗，在不牺牲能量密度的情况下提高循环性能。此外，正极预锂化设计实际上已经通过工程方法(锂-金属接触和锂-联苯浸泡预锂化)得到精确调节。得益于铜负极和Li2Ni0.5Mn1.5O4正极上的高可逆锂金属，进一步制备的无负极软包电池在50次循环后获得了350 Wh/kg的能量密度和97%的容量保持率。

【实验方法】
实验部分：将0.005mol联苯(Bp)溶解在10ml 1，2-二甲氧基乙烷(DME)中，然后加入0.005mol切碎的锂箔，在室温下反应12h后获得0.5mol/L Li-Bp/DME溶液，所有操作在充氩手套箱中进行(H2O<0.01 ppm，O2 <0.01 ppm)。将LNMO正极浸入400 μL 0.5mol/L Li-Bp-DME溶液中，控制反应时间不同分钟，通过LNMO正极与Li-Bp-DME溶液的氧化还原反应得到LxNMO正极。可以得到不同锂含量的LxNMO正极(0 ≤ x < 2)。对于接触预锂化方法，锂金属片直接与用所制备的电解质饱和的LNMO正极接触，然后获得具有不同x值的LxNMO正极，x值可以通过接触时间来控制。

【图文摘取】

【主要结论】
总之，使用预锂化的Li2Ni0.5Mn1.5O4正极成功地实现了高能量和长寿命的无负极锂金属电池。

通过一系列系统表征(如原位XRD、HR-TEM和XAS)证明了典型尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4和富锂尖晶石Li2Ni0.5Mn1.5O4之间的可逆相变，表明LiNi0.5Mn1.5O4的晶体空位可以被额外的Li+占据，形成过锂化的Li2Ni0.5Mn1.5O4。此外，氟电解质的引入可以进一步提高无负极电池的平均库仑效率和循环性能。值得注意的是，在工程方面已经展示和实现了更实用的预锂化策略，例如锂-金属接触预锂化和锂-联苯浸泡预锂化方法。通过应用接触预锂化方法，由Li2Ni0.5Mn1.5O4正极和Cu负极组成的无负极软包电池提供了350 Wh/kg (973 Wh/L)的高能量密度和长寿命，在50次循环后保持97%的容量。

该设计在工程水平上实现了高压尖晶石正极的预锂化，为高重量和体积能量密度的无负极电池的实际应用提供了前景。

【声明】
版权归原作者所有，由于学识水平有限难免出现偏差，建议感兴趣者点击左下角阅读原文，感谢您的支持和关注。


【声明】内容源于网络
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CHIPNOVA 超新芯原位电镜
超新芯(CHIPNOVA)是早期原位芯片技术开发研究者，拥有MEMS芯片制造和原位电镜方面的资深团队，在电镜中实现了液、气体微环境引入及光、电、力、热等外场控制，在材料、能源、环境、化学、生物等领域广泛应用，促进了人类对微观世界的探索。
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CHIPNOVA 超新芯原位电镜 超新芯(CHIPNOVA)是早期原位芯片技术开发研究者，拥有MEMS芯片制造和原位电镜方面的资深团队，在电镜中实现了液、气体微环境引入及光、电、力、热等外场控制，在材料、能源、环境、化学、生物等领域广泛应用，促进了人类对微观世界的探索。
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