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科研進展

深圳先進院在新型鋁負極電池技術領域獲得新進展

時間:2019-03-28  來源:集成所 功能薄膜材料研究中心 張苗 文本大小:【 |  | 】  【打印

  近日,中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員(第一單位通訊)聯合醫工所納米調控與生物力學研究室李江宇研究員、澳大利亞格里菲斯大學張山青教授、及其團隊成員在鋰離子電池鋁負極方面獲得新進展。相關研究成果Uniform Distribution of Alloying/Dealloying Stress for High Structural Stability of Al Anode in Large Areal Density Lithium Ion Battery(通過分散合金化位點達到結構穩定性的鋁負極在高面密度鋰離子電池中的應用),已在線發表于材料領域頂級期刊 Advanced Materials(《先進材料》,Adv. Mater. 2019, 1900826IF=21.95)上。 

  該團隊于201612月研發出一種新型高效低成本鋰離子電池,該電池采用一體化設計的鋁箔替代了傳統鋰離子電池的石墨負極和銅箔集流體(Adv. Mater. 2016, 28,1604219)。這種新型電池設計思路顯著降低了傳統鋰離子電池的自重和體積,改善了負極活性材料內部、活性材料與集流體之間的離子/電荷傳輸效率,并大幅降低了電池的制造成本。然而,一體化鋁負極與高面密度正極材料匹配的循環穩定性有待進一步提升,才能滿足實際應用。 

  為解決上述問題,唐永炳及團隊成員張苗(一作)、項磊、Galluzzi提出活性材料/非活性材料三維共生的改性策略,通過分散合金化反應位點,大幅緩解一體化鋁負極體積膨脹引起的應力集中問題,從而顯著提升了鋁負極的結構穩定性。通過活性材料(鋁)和非活性材料(銅)共沉積制備的改性鋁負極材料([email protected])與接近商業化應用的高面密度(7.4 mg/cm2)磷酸鐵鋰正極材料組裝的全電池循環200次后,容量保持率達到88%;該工作為鋁負極及合金化金屬負極的改性及實用化研究提供了新思路。 

  該項研究得到了國家自然科學基金、中國科學院和深圳市科技計劃項目等項目的資助。 

  論文鏈接 

圖(a[email protected]負極的制備示意圖;(b[email protected]負極的三維共生結構示意圖;(c[email protected]負極的截面結構以及元素分布圖;(dCu-Al納米復合層的微觀結構圖。

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