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锂电池“翻身”!我科学家攻克金属锂负极应用最大难题

2018-04-12 18:04 来源: 科技日报

中国科技网·科技日报济南4月12日电(记者 王延斌)金属锂可完美替代石墨,做锂离子电池的负极材料,从而使后者破解“续航里程差”的难题。近日,山东大学材料科学与工程学院冯金奎副教授课题组的这一最新成果发表在顶级期刊《纳米能量》上。这一技术的面世,让被视为“不适合做电动车动力”的锂电池迎来翻身希望。

纯电动汽车是汽车产业的焦点话题,其核心部件之一锂电池更是屡屡被推向舆论的风口浪尖,对锂电池性能和续航的“诟病”是最大的抱怨点。这源于锂电池近年来技术一直没有明显突破。据了解,商业化电池负极主要是容量较低的石墨负极材料,限制了电池的能量密度和续航里程。与此形成对比,金属锂是一种非常理想的锂电池负极材料,可解决其能量密度和续航里程问题。

冯金奎认为,要使用金属锂作为锂离子电池的负极材料,主要需要克服两个难题:安全性和循环寿命。困扰金属锂负极的主要问题是锂枝晶,在循环过程中,由于局部极化的因素,使得金属锂表面生长锂枝晶,当锂枝晶生长到一定程度的时候就可能穿透隔膜,引发安全问题,此外如果锂枝晶发生断裂,就会形成“死锂”,造成电池容量损失,因此锂枝晶是阻碍金属锂负极应用的最大障碍。

冯金奎副教授课题组利用真空蒸馏的方法脱除商业化黄铜中的低沸点金属锌来合成3D多孔铜,并作为锂金属负极的集流体。真空蒸馏是通过蒸发前驱体中的一种或多种组分,从而得到纯的高沸点产物的一种方法。该方法对环境友好、成本低、易于工业化。所制备的多孔铜的孔径和孔率可以通过蒸馏时间和温度来调控,并且所产生的副产物锌可以回收利用。该多孔铜作为金属锂负极集流体时,可以抑制锂枝晶的生长,从而提高电池的安全性;也可以缓解循环过程中产生的体积膨胀,从而形成稳定的SEI膜和电极结构,得到良好的循环性能和倍率性能。

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