我所提出新型預鋰化策略用于提升鋰離子電池在寬工作溫區下的性能

  近日,我所儲能技術研究部(DNL17)張華民研究員、李先鋒研究員、張洪章研究員團隊與中國科學技術大學火災科學國家重點實驗室王青松教授團隊合作,提出了一種利用鋰化磷酸釩鋰(Li5V2(PO4)3)實現“先予后取”的無添加劑自預鋰化策略,并應用鋰化磷酸釩鋰和硬碳(HC)組成了具有高比能量、高比功率和寬工作溫區的全電池。

  改善低溫性能是實現鋰離子電池更廣泛應用的關鍵之一,但是,目前商用鋰離子電池所用的石墨負極在低溫條件下的實際容量較低。硬碳具有良好低溫儲鋰能力,可以有效改善電池的低溫性能。然而在電池化成過程中,硬碳負極界面形成的固態電極/電解質界面(SEI)膜會不可逆的消耗Li+,從而降低電池的實際容量和比能量。預鋰化是解決上述問題的常用策略,但實際生產中直接使用鋰粉或鋰箔補鋰的方法工藝要求嚴苛、成本較高且安全性差,因此高效安全的預鋰化技術仍有待研究。

  本工作中,科研人員選用具有良好低溫性能的鋰化磷酸釩鋰與硬碳負極組成全電池,巧妙地利用鋰化磷酸釩鋰在低電壓區的容量補償硬碳負極不可逆容量損失,有效提高了電池的比能量。所得全電池在室溫下基于正負極活性物質的比能量可達到320Wh/kg,并且在-40°C的低溫條件下充放電仍有80%容量保持率。原位表征和熱量分析結果表明,鋰化磷酸釩鋰充放電過程中結構穩定、產熱量低,具有良好的安全性。該預鋰化方法為彌補負極首次不可逆容量損失提供了新策略,同時Li5V2(PO4)3||HC電池的設計,為低溫鋰離子電池提供了具有潛力的應用選擇。

  上述工作得到中科院潔凈能源創新研究院合作項目、國家自然科學基金委項目、教育部能源材料化學協同創新中心(iChEM)項目、中科院青年促進會項目等資助。相關研究成果于近日發表在《納米能源》(Nano Energy)上。(文/圖 宋子晗)

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