鋰電池研究領域取得多項進展
發布日期：2023-03-31
近期，遼寧科技大學“遼寧省能源材料與電化學重點實驗室”在低溫鋰硫電池、固態鋰金屬電池和鋰離子電池硅負極應力管理等研究領域取得新進展。
鋰硫電池具有高能量密度和低成本優勢，但低溫下鋰離子脫溶勢壘高，局部電荷轉移阻抗大、電池內部發生強極化以及多硫化物溶解度降低，使其難以實現完全充放電。此外，低溫下多硫化物穿梭效應導致鋰硫電池容量衰減更加嚴重。針對這些問題，安百鋼教授團隊和中科院過程工程研究所王寶研究員合作，利用原子級混合的中熵合金FeCoNi高催化活性和良好吸附性能，協同催化多硫化物轉化并加快電化學反應。進一步引入MnO納米粒子，錨定和提高FeCoNi納米粒子及其周圍多硫化物濃度，實現多硫化物強吸附，促進多硫化物催化轉化。
中熵合金催化劑復合的正極材料Li
2S
6/FCN-MO@CNFs展現了優良的低溫特性，-40°C和0.1 C倍率下，初始放電容量可達1167.5 mAh g
-1，在0.2 C下進行100次循環后，容量保持率70.1%。相關成果“Synergistic enhancement of Li-S battery low-temperature cycling performance by nano-sized uniformly compounded FeCoNi and MnO nanoparticles”在線發表于《Chemical Engineering Journal》。DOI：10.1016/j.cej.2023.141445。論文第一作者為化工學院 2020級碩士研究生龐曉婉。
金屬鋰負極具有極高的理論比容量 (3860 mAh g
-1)和超低的電化學勢 (?3.04 V vs SHE)備受關注，然而在實際應用過程中，由于其界面不穩定性等原因仍面臨巨大挑戰。安百鋼教授團隊與學校特聘教授，南京理工大學孫呈郭教授合作，利用原位熱分解2,2-偶氮二異丁腈 (AIBN)添加劑，在聚合物固態電解質與金屬鋰負極之間構建了一種穩定高效的氮化鋰 (Li
3N)中間層，有效解決了電解質與電極之間界面處離子電導率低、接觸差、不穩定等問題。相關成果“Thermal Decomposition Assisted Construction of Nano-Li3N Sites Interface Layer Enabling Homogeneous Li Deposition”在線發表于《ChemSusChem》。DOI：10.1002/cssc.202202220。論文第一作者為化工學院2021級博士研究生李洪洋。
硅因其高理論容量被認為是一種很有前途的鋰離子電池負極材料，然而硅在鋰化和脫鋰過程中產生的應力會導致硅負極嚴重結構損傷和不穩定固態電解質界面，嚴重阻礙了硅負極實際應用。針對上述問題，安百鋼教授團隊和中科院金屬研究所李峰研究員合作，設計了一種具有多級石榴狀結構的硅負極（HPS-Si），其由共價鍵聯接的亞納米級 SiO
2-x、SiC和C多相層修飾納米硅球自組裝的亞微米級硅構成。這種多級石榴結構硅負極HPS-Si能有效調節硅充放電過程的應力變化以增強了負極電化學循環穩定性能。相關成果“Hierarchical pomegranate-structure design enables stress management for volume release of Si anode”在線發表于《Journal of Materials Science & Technology》。DOI: 10.1016/j.jmst.2023.02.014。論文第一作者為化工學院2019級博士研究生狄方。
（供稿：化工學院）