大容量支持快充 新型锂金属电池助力电动汽车发

锂金属具有3860mAh/g的理论容量,是高能量密度储能电池的理想负极材料。然而,应用于电动汽车时,LMB需要适应实际运行条件。如果对电池进行快速充电,通常会加速有害锂枝晶的生长,加剧锂金属负极与电解质之间的寄生反应。在快速充电和高活性物质负载状态下,锂枝晶的生长导致循环效率降低,从而阻碍LMB在电动汽车中的使用。

不过,据外媒介绍韩国首尔汉阳大学的研究人员,正在研发一种车用锂金属电池,不仅在性能上优于现在使用的锂电池,并且还支持快速充电。也许不久的将来,“充电5分钟行驶百公里”也不再是梦想了。

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看上去很美好,但是直接应用金属锂可能带来安全问题、较差的倍率和循环性能,甚至负极材料在电池内部的粉碎。其主要原因包括大极化和强电场引起的异质沉积导致的枝晶生长、金属锂极度活泼、循环时锂体积无限变化等。这些缺点严重阻碍了金属锂电池的商业化。

结合掺铝全浓度梯度Li[Ni0.75Co0.10Mn0.15]O2正极,研究人员构建了一种LMB,其面积容量为4.1 mAh cm ——2,在3.6 mA cm?2的高电流密度下,可稳定循环300次以上,这是前所未有的。在袋型电池中循环500次后,这种LMB能够保持90%的初始容量。研究人员表示:“我们认为,这项研究是LMB设计里程上的重要一步,可以有效稳定锂金属表面。此外,这项工作还重新提出,在LMB实际应用中,选择最佳正极材料的重要性。

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据外媒报道,韩国首尔汉阳大学的研究人员,研发一种锂金属电池,具体来说是Li/NCM电池。他们表示,这种电池在设计时考虑到电动汽车的运行要求,性能优于以往文献中提到的锂金属电池。新的LMB支持快速充电,同时提供高能量密度。

为了解决这些难题,汉阳大学的研究人员通过采用改性有机电解质,并且对锂金属进行预处理,可以在锂负极表面形成稳固的固态电解质界面层。金属锂和有机液体电解质之间的直接接触在电池组装之前被这种人造界面阻挡。因此,可以成功地避免由本征SEI层引起的电解质和电极材料的消耗、异质沉积和枝晶形成。对锂金属负极进行LiNO 3预处理后,在负极表面会形成一层富含Li2O的SEI膜,从而提供必要的机械强度,防止SEI层过早被击穿。

汉阳研究小组采用改性有机电解质,并对锂金属进行预处理,在锂负极表面形成稳固的固态电解质界面层。对锂金属负极进行LiNO3预处理后,在负极表面会形成一层富含Li2O的SEI膜,从而提供必要的机械强度,防止SEI层过早被击穿。

虽然新能源汽车,尤其是纯电动汽车,在政策的扶持下热度越来越高,但是普通民众对其似乎并没有展现出完全的信任,这其中主要的问题就在于续航能力以及充电的便捷度。即便目前部分电动车也能做到400公里甚至超过500公里的续航,这样的表现已经和很多燃油车基本没有差别,但是充电站数量的不够多以及充电时间过长都让很多人打消了购买纯电动汽车的念头。

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锂电池可以分为两类,一种是锂离子电池,一种是锂金属电池。由于技术方面的原因,和很多电子设备一样,目前大多数电动汽车使用电池大部分都是锂离子电池。虽然锂离子电池是如今能够大规模使用的,性能最佳的电池,但是由于其容纳的离子数量有限,所以很多研究人员一直希望有一种物质可以取代锂离子电池,也就是取代石墨容纳更多的离子,从而延长纯电动汽车的续航里程。

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通过研究,技术人员发现金属锂的理论比容量为3860mAh/g,本身又具有极佳的导电性,因此是一种理想的锂离子电池负极材料,锂金属电池也就应运而生。麻省理工学院的SolidEngergy宣称,新技术能够使当前的锂电池体积缩小一半。从理论上来说,如果电池体积不变,在搭载锂金属电池的情况下,电动汽车的续航里程将提升一倍。

另外有研究表明,锂金属电池循环次数超过300次之后,仍然保持率高达88%,而这个远超于普通的电池。所以如果这项技术趋于稳定,那么未来汽车的续航里程和电池稳定性都会得到一定程度上保障。

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尽管锂金属电池实现大规模的商用还需要一段时间,但是汉阳大学的研究为锂金属电池的进一步发展提供了重要的突破。随着研究的深入,相信很快锂金属电池就将成为新一代高能量密度存储设备。而电动汽车的性能也将随着电池技术的进步,有了进一步的提升。

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