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      第三代鋰電池——無負極電池來了,會對鋰電行業帶來革新嗎?

      來源:知乎?作者:admin??發布時間:2019-10-29 00:54:57??閱讀數:

        第三代鋰電池——無負極電池來了,會對鋰電行業帶來革新嗎?前一段時間,張繼光大佬在Nature Energy上發了一篇news&views(自然能源),簡單的提到了這種新的無負極的電池設計方案所展現出的良好前景。

        注意啊,張繼光大佬發話了,就表明了一種立場,或許這種idea是真的可行;而且,Dahn教授也真香了一回,在Nature Energy上發了篇大作。

      在那之前,先講一下鋰電池這幾種概念的延續發展情況:

        目前,鋰離子電池(LIBs)已成為應用最廣泛的儲能系統之一。商用鋰離子電池通常由多個電池堆組成,而每個電池由陽極集電體、陽極、分離器、陰極和陰極集電體結構組成,并浸泡在液體電解質中。在充電過程中,從正極材料中所提取的鋰離子通過電解,浸出分離器擴散到負極材料中。在放電過程中,這一過程是反向的。

        目前,基于石墨的負極材料是電池行業負極材料的主要選擇。近年來,全世界都在致力于用鋰金屬陽極取代石墨陽極。因為鋰金屬具有十倍于石墨負極的比容量,極具研究價值。但是,鋰金屬負極深受庫倫效率較低的影響,目前經常只能達到99%,而石墨負極可以達到99.99%。因此,鋰金屬電池通常使用過量的鋰陽極。這不僅增加了電池的體積和成本,而且由于鋰金屬的高反應活性,也帶來了安全問題。

        在初始充電過程中,鋰離子從正極中提取出來,以金屬鋰的形式電沉積到集電體(Cu)上。在隨后的放電過程中,鋰離子被從銅電流收集器中剝離出來,插入到正極中。由于在組裝好的電池或完全放電的電池的陽極側不存在鋰金屬,因此安全隱患大大降低。

        本來一開始我就覺得,anode-free這種idea真的可行性不大,畢竟當年那篇文章的確有炒概念的嫌疑,要么就是把負極給弄薄了,要么就是容量很低。但是不得不說,還是滿能說的,最后的確能給人一種隱隱約約的想法。但是,我去查了查,發現張繼光大佬在之前也做了一些工作效果的確也不錯。

        這是當年那篇paper上的示意圖,b是anode-free電池的示意圖。

        當時所使用的兩種電解液中的沉積形貌對比,其實差異還是蠻明顯的。上面的對應1 M LiPF 6 -EC/DMC電解液,下面的對應4 M LiFSI-DME電解液。Dahn這次是用的是這種電池,由于沒有多余的鋰,體積被最小化了,同時能量密度被最大化了。以下為Dahn實驗的示意圖。這次他們使用了1 M LiDFOB和0.2M LiTFSI的FEC/DEC電解液,獲得了非常好的性能。

        所以要我來說,這種所謂的第三代鋰電池——無負極電池,在未來的很長一段時間內也僅僅只會是實驗室中的小白鼠,被瘋狂的進行實驗。但是不得不說,這種新型的想法,的確是尤其獨到之處,值得進行下一步的研究。但是要想投入產業應用的話,還是需要很長一段時間的。

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