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随着电动汽车和移动电子设备的蓬勃发展,对提供动力能源的锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。基于插入式原理的锂离子电池的能量密度已接近其上限能量密度,提升空间很小。相比较而言,以锂为负极的锂金属电池在提升能量密度方面有着无可比拟的优势。然而,基于传统液态电解液的锂金属电池存在SEI反复破裂和生成、锂负极体积膨胀、锂枝晶生长、死晶等导致的库仑效率低、电池阻抗增加和安全性问题等诸多挑战,所有这些限制了高性能锂金属电池的快速发展。
近日,依托中国科学院科学家团队——青岛生物能源与过程研究所建设的青岛储能产业技术研究院(以下简称“青岛储能院”)为解决锂金属电池存在的上述关键瓶颈问题,以聚合物电解质作为核心突破点,从三个方面系统探索解决方案:(一)大阴离子锂盐对锂负极的保护;(二)构建人工有机/无机复合界面膜(SEI);(三)兼顾耐高电压和锂负极保护的多功能聚合物电解质的开发,系列创新性研究工作对于促进高性能锂金属电池的发展起到了重大的推动和引领作用。
为从锂盐角度解决锂枝晶问题,青岛储能院的研究人员设计并合成了一种新型具有大阴离子结构的全氟叔丁氧基三氟硼酸锂(LiTFPFB),该新型锂盐保留了LiBF4阴离子的主体结构,一方面可以提高其对铝集流体的稳定性;另一方面大阴离子的存在可以原位形成锂负极保护膜进而提升锂金属电池的电化学性能。研究发现:该锂盐的离子电导率明显高于LiBF4,且对铝集流体有较好的稳定性,可以在锂金属负极形成一层保护膜来有效抑制锂金属与电解液的进一步反应,进而有效保护锂负极。相关成果作为Back cover文章发表在国际杂志Chem. Sci.上(Chem. Sci., 2018, 9, 3451-3458)。
鉴于金属锂作为负极使用时存在着SEI不稳定、副反应严重进而导致库伦效率低、循环寿命短等不利因素,研究人员从聚合物界面修饰角度出发,设计出人工SEI膜来有效保护金属锂负极(图1a),该SEI膜由聚氰基丙烯酸酯和分散其中的氧化锂衍生物组成(Chem. Mater., 2017, 29, 4682-4689)。研究发现:该有机/无机层的协同作用使得界面处在快速传导锂离子的同时,又能保证SEI不易脱落,同时也显著抑制了发生在界面区域的副反应(Chem. Mater., 2016, 28, 3578-3606),从而赋予金属锂电池优异的界面稳定性和长循环稳定性(Chem. Mater., 2018, 30, 4039-4047)。
为解决高电压(4.45 V)钴酸锂/锂金属电池存在的正极固态电解质界面(CEI)不稳定,在高电位下界面处容易发生电化学氧化副反应,以及大电流大容量时锂负极存在的锂枝晶等问题,青岛储能院在“刚柔并济”聚合物电解质设计理念的指引下(Small, 2018. DOI: 10.1002/smll.201800821; Adv. Sci., 2018, 5, 700503),以细菌纤维素作为刚性骨架支撑材料,制备出聚乙烯基甲醚-马来酸酐多功能聚合物电解质(Energ. Environ. Sci., 2018, 11: 1197-1203)。实验结果表明:该聚合物电解质可以兼具稳定正极界面和保护锂负极的多功能作用,进而协同提升了4.45 V钴酸锂/锂金属电池的长循环稳定性。与此同时,该文详细阐明了聚乙烯基甲醚-马来酸酐聚合物电解质的多功能作用机制(图1b)。由于在高电压钴酸锂/锂金属电池方面的系列工作,研究人员应邀为Chem. Soc. Rev 撰写题为Reviving lithium cobalt oxide-based lithium secondary batteries-toward higher energy density 的综述(Chem. Soc. Rev., 2018, DOI:10.1039/C8CS00322J),详细论述了高能量密度钴酸锂电池的相关研究进展、面临挑战以及未来机遇和发展方向。
相关系列研究获得了国家自然科学基金杰出青年科学基金、国家重点研发计划、中科院纳米先导专项、山东省自然科学基金、青岛市储能行业科学研究智库联合基金和青岛能源所“一三五”项目等的大力资助。
图1(a)人工构建有机/无机复合电解质膜(SEI)修饰的高性能锂金属负极;(b)聚乙烯基甲醚-马来酸酐多功能聚合物电解质
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天力锂能4月16日在投资者互动平台表示,公司2023年研发投入占比接近往年水平,暂未研发锂硫电池。
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记者15日获悉,军事科学院、北京大学等单位联合研究团队合成了一种完美的单层石墨烯电极,并揭示锂原子以其为基底材料进行电沉积的行为,填补了金属锂在碳原子晶格上异相成核的基础研究空白,为破解锂电池产业化遭遇的锂枝晶等难题提供理论基础。相关论文近日在线发表在《储能材料》(Energystoragemate
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北极星电池网获悉,3月27日晚间丰山集团发布股票交易异常波动公告称,公司股票交易连续三个交易日(2024年3月25日、2024年3月26日、2024年3月27日)收盘价格涨幅偏离值累计超过20%,根据《上海证券交易所交易规则》的有关规定,公司股票交易属于异常波动的情况。丰山集团表示,经公司自查并向控股股东
北极星储能网获悉,龙佰集团3月20日在回复投资者提问时表示,公司拥有的多个大型钒钛磁铁矿,储量巨大,具有丰富的钒资源。公司800吨/年废酸提钒项目已达标达产并实现对外销售。钒钛铁精矿碱性球团湿法工艺年产3万吨五氧化二钒创新示范工程目前正在推进中。公司看好钒电产业的未来发展,已经开始着手研
北极星储能网讯,近日,有投资者在互动问答平台询问海科新源子公司湖北宜昌占地1010亩投资105亿生产电解溶剂及添加剂等;是否已经投产?就目前进度能够为公司带来多少产能?海科新源回复:湖北25万吨电解液溶剂项目已建成投产,目前装置正常运行,1.27万吨添加剂项目正在建设中。
北极星储能网讯,近日,天赐材料发布《关于液体六氟磷酸锂产线停产检修的公告》。根据公告显示,公司计划于2024年3月11日开始对年产3万吨液体六氟磷酸锂产线进行停产检修,预计检修时间不超过30天。据了解,六氟磷酸锂是电解液成分最重要的组成部分。
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北极星储能网获悉,瑞泰新材3月5日在回复投资者提问时表示,公司主要产品锂离子电池材料的最重要应用为新能源汽车电池和锂离子储能电池,这两种应用分别属于国家发展和改革委员会《绿色产业指导目录(2023年版)》(征求意见稿)中“节能降碳产业”和“清洁能源产业”的相关范畴;公司锂离子电池电解液
北极星储能网获悉,2月6日,安徽荻港海螺3MW/18MWh全钒液流电池电解液租赁服务中标结果公告。公告显示,安徽海螺洁能科技有限公司中标该项目,中标金额:1386000元/年。招标文件显示,文件明确采购需求:(1)提供3MW/18MWh全钒液流电池电解液的租赁服务;(2)维护和保证钒电池电解液的正常使用等。最
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北极星储能网获悉,1月16日,湖北安陆市“中部钒都”全产业链基地建设战略合作协议签约仪式暨武汉科技大学安陆钒产业研究院开工仪式举行。会上,安陆市委常委、副市长徐保成与海南美盛集团董事总经理、湖北美盛矿业有限公司董事长林栋,湖北工建集团党委委员、常务副总经理陈常青,大力储能技术湖北有
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