金属锂负极由于比容量高(3860 mAh·g^(-1))及氧化还原电位极低(-3.04 V vs.标准氢气电极(SHE)),被认为是实现高能量密度锂电池的理想负极。然而,金属锂电极与电解液反应剧烈,且锂离子在电极表面沉积不均匀容易产生枝晶,导致其循环...金属锂负极由于比容量高(3860 mAh·g^(-1))及氧化还原电位极低(-3.04 V vs.标准氢气电极(SHE)),被认为是实现高能量密度锂电池的理想负极。然而,金属锂电极与电解液反应剧烈,且锂离子在电极表面沉积不均匀容易产生枝晶,导致其循环稳定性和安全性都较差,限制了其应用推广。我们前期通过构建金属锂-碳纳米管(Li-CNT)复合结构,极大的提高了金属锂的比表面积,降低了电极电流密度,从而有效地抑制了锂枝晶的生长,提高了金属锂电极的循环稳定性和安全性能。本工作在前期工作基础上,采用简单的液相反应,利用4-氟苯乙烯(FPS)对Li-CNT进行表面修饰并进行原位聚合,得到了表面富含氟化锂(Li F)保护层的Li-CNT(FPS-Li-CNT)。该表面修饰层能够有效抑制电解液和空气对Li-CNT的侵蚀,显著的提高了LiCNT电极的界面稳定性。FPS-Li-CNT与磷酸铁锂正极(LFP)组成的LFP||FPS-Li-CNT全电池,在正负极容量配比为1:6条件下,能够稳定循环280圈,库伦效率达到97.7%。展开更多
近几年,电动汽车市场的飞速发展对锂离子电池的能量密度和安全性提出了更高的要求.然而,过去近30年,在应用终端市场的大力推动下,锂离子电池的电极材料、电池结构设计和生产工艺都已经发展得比较成熟,容量提升空间已经比较小,想要进一...近几年,电动汽车市场的飞速发展对锂离子电池的能量密度和安全性提出了更高的要求.然而,过去近30年,在应用终端市场的大力推动下,锂离子电池的电极材料、电池结构设计和生产工艺都已经发展得比较成熟,容量提升空间已经比较小,想要进一步提高现有锂离子电池的能量密度,需要对锂离子电池的整个系统和工作原理有更深刻和全面的理解.存在于锂离子电池电极材料和电解液之间的固态电解质中间相(solid electrolyte interphase,SEI)已被证明是一个影响电池性能的重要因素,目前学术界和产业界对其认识还不是很全面,尤其是高分辨、工况下以及多技术联合的界面表征工作较少见到报道.原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)通过探测针尖与样品之间的相互作用力,能够在原子尺度上原位表征液态电池界面的形貌以及力学特性,对于电极界面的理解和调控非常重要.本文作者通过总结近几年AFM在锂离子电池SEI研究的中的应用,并结合本课题组在该领域的工作,对AFM技术在锂离子电池SEI研究中的应用做了总结和展望,对加深锂离子电池界面的理解,以及构建稳定锂电池界面的相关研究有参考意义.展开更多
Ni-rich layered oxide cathode materials,such as LiNi_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2)(NCM811),exhibit high specific capacity and low cost,and become cathode material preference of high-energy-density Li-ion batteries.How...Ni-rich layered oxide cathode materials,such as LiNi_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2)(NCM811),exhibit high specific capacity and low cost,and become cathode material preference of high-energy-density Li-ion batteries.However,these cathode materials are not stable and will form Li-poor reconstructed layers and alkaline compounds(Li_(2)CO_(3),LiOH)on the surface during the storage and processing in humid air,resulting in serious deterioration of electrochemical properties.During the past two decades,the consensus on the surface instability mechanism during humid air storage has not been reached.The main controversy focuses on the unstable octahedron mechanism and the Li/H exchange mechanism.Herein,we investigate the instability mechanism in the humid air by conducting scanning electronic microscopy,scanning transmission electron microscopy,and x-ray photoelectron spectroscopy analysis on NCM811 samples stored in designed atmospheres,etc.,and realize that the surface instability of the NCM811 during storage should be mainly originated from Li/H exchange when it contacts with moisture.展开更多
文摘金属锂负极由于比容量高(3860 mAh·g^(-1))及氧化还原电位极低(-3.04 V vs.标准氢气电极(SHE)),被认为是实现高能量密度锂电池的理想负极。然而,金属锂电极与电解液反应剧烈,且锂离子在电极表面沉积不均匀容易产生枝晶,导致其循环稳定性和安全性都较差,限制了其应用推广。我们前期通过构建金属锂-碳纳米管(Li-CNT)复合结构,极大的提高了金属锂的比表面积,降低了电极电流密度,从而有效地抑制了锂枝晶的生长,提高了金属锂电极的循环稳定性和安全性能。本工作在前期工作基础上,采用简单的液相反应,利用4-氟苯乙烯(FPS)对Li-CNT进行表面修饰并进行原位聚合,得到了表面富含氟化锂(Li F)保护层的Li-CNT(FPS-Li-CNT)。该表面修饰层能够有效抑制电解液和空气对Li-CNT的侵蚀,显著的提高了LiCNT电极的界面稳定性。FPS-Li-CNT与磷酸铁锂正极(LFP)组成的LFP||FPS-Li-CNT全电池,在正负极容量配比为1:6条件下,能够稳定循环280圈,库伦效率达到97.7%。
基金The project was supported by the National Natural Science Foundation of China(21625304,21733012,21773290)the “Strategic Priority Research Program” of CAS(XDA09010600)the Ministry of Science and Technology of China(2016YFA0200703)~~
基金supported by the National Natural Science Foundation of China(21625304,21733012,and 21772190)the Ministry of Science and Technology of China(2016YFB0100102)。
文摘近几年,电动汽车市场的飞速发展对锂离子电池的能量密度和安全性提出了更高的要求.然而,过去近30年,在应用终端市场的大力推动下,锂离子电池的电极材料、电池结构设计和生产工艺都已经发展得比较成熟,容量提升空间已经比较小,想要进一步提高现有锂离子电池的能量密度,需要对锂离子电池的整个系统和工作原理有更深刻和全面的理解.存在于锂离子电池电极材料和电解液之间的固态电解质中间相(solid electrolyte interphase,SEI)已被证明是一个影响电池性能的重要因素,目前学术界和产业界对其认识还不是很全面,尤其是高分辨、工况下以及多技术联合的界面表征工作较少见到报道.原子力显微镜(atomic force microscopy,AFM)通过探测针尖与样品之间的相互作用力,能够在原子尺度上原位表征液态电池界面的形貌以及力学特性,对于电极界面的理解和调控非常重要.本文作者通过总结近几年AFM在锂离子电池SEI研究的中的应用,并结合本课题组在该领域的工作,对AFM技术在锂离子电池SEI研究中的应用做了总结和展望,对加深锂离子电池界面的理解,以及构建稳定锂电池界面的相关研究有参考意义.
文摘Ni-rich layered oxide cathode materials,such as LiNi_(0.83)Co_(0.12)Mn_(0.05)O_(2)(NCM811),exhibit high specific capacity and low cost,and become cathode material preference of high-energy-density Li-ion batteries.However,these cathode materials are not stable and will form Li-poor reconstructed layers and alkaline compounds(Li_(2)CO_(3),LiOH)on the surface during the storage and processing in humid air,resulting in serious deterioration of electrochemical properties.During the past two decades,the consensus on the surface instability mechanism during humid air storage has not been reached.The main controversy focuses on the unstable octahedron mechanism and the Li/H exchange mechanism.Herein,we investigate the instability mechanism in the humid air by conducting scanning electronic microscopy,scanning transmission electron microscopy,and x-ray photoelectron spectroscopy analysis on NCM811 samples stored in designed atmospheres,etc.,and realize that the surface instability of the NCM811 during storage should be mainly originated from Li/H exchange when it contacts with moisture.
基金financially supported by the National Natural Science Foundation of China(21625304)the Natural Science Foundation of Fujian Province(2019J06018)the Natural Science Foundation of Xiamen,China(3502Z20206008)。
