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基于LLZTO电解质的固态锂金属电池负极界面调控
1
作者
文伸豪
彭德招
+3 位作者
林喆与
郭霞
黄培鑫
章志珍
《无机材料学报》
北大核心
2025年第9期1013-1021,共9页
石榴石型固态电解质(LLZTO)具有高离子电导率、宽电化学稳定窗口等优点,近年来受到了广泛关注。但LLZTO存在与金属锂负极浸润性差、循环过程中锂枝晶生长严重等问题,限制了其大规模应用。本研究通过熔融金属Li和AlF_(3),制备了含氟化物(...
石榴石型固态电解质(LLZTO)具有高离子电导率、宽电化学稳定窗口等优点,近年来受到了广泛关注。但LLZTO存在与金属锂负极浸润性差、循环过程中锂枝晶生长严重等问题,限制了其大规模应用。本研究通过熔融金属Li和AlF_(3),制备了含氟化物(LiF、AlF_(3))和Li-Al合金的复合负极(LAF)。元素分布分析表明LAF复合负极与LLZTO电解质接触后,在界面处形成氟化物。与金属Li相比,该复合负极能与LLZTO形成较小的界面接触角,使得界面浸润性显著提升。改性后的LAF_(3)复合负极(Li与AlF_(3)质量比3:1)与LLZTO的界面电阻仅为3.9Ω/cm^(2),远小于金属Li负极与LLZTO的界面电阻(138.6Ω/cm^(2));同时,临界电流密度从0.2 mA/cm^(2)提升至0.8 mA/cm^(2)。组装的LAF_(3)|LLZTO|LAF_(3)对称电池在0.2 mA/cm^(2)电流密度下能稳定沉积/剥离3500 h,表明LLZTO|LAF_(3)界面处具有稳定的锂离子沉积/剥离过程。LiFePO_(4)|LLZTO|LAF_(3)准固态电池在0.1C(1C=170 mA/g)电流密度下实现了151.1 mAh/g的放电比容量,且在1C电流密度下循环240圈后,容量保持率高达96.5%。本研究提出的LAF复合负极有效降低了LLZTO|负极的界面电阻,并显著提升了锂离子在界面处的沉积/剥离稳定性,为高性能LLZTO基金属锂电池提供了新的设计思路。
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关键词
锂离子电池
固态电解质
LLZTO
负极界面
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职称材料
水系锌金属电池锌粉负极研究进展:微观修饰与宏观设计
2
作者
贾欣媛
张先福
张隆
《储能科学与技术》
北大核心
2025年第3期913-929,共17页
锌粉作为水系锌金属电池的负极材料之一,因其成本低廉且在实际应用中能够实现较高的锌利用率而受到广泛关注。然而,锌粉的球形微观结构导致的高比表面积及高电化学活性使得锌粉负极在循环过程中易产生枝晶、发生析氢和腐蚀等副反应,严...
锌粉作为水系锌金属电池的负极材料之一,因其成本低廉且在实际应用中能够实现较高的锌利用率而受到广泛关注。然而,锌粉的球形微观结构导致的高比表面积及高电化学活性使得锌粉负极在循环过程中易产生枝晶、发生析氢和腐蚀等副反应,严重影响综合电化学性能。本文系统总结了水系锌金属电池锌粉负极的最新研究进展,重点介绍了其在微观修饰与宏观设计方面的改性策略。在微观层面,通过锌粉本体设计、复合锌粉负极构筑及导电网络构建等策略,降低锌粉负极内部阻抗,减轻充放电过程中的体积膨胀,优化锌离子的沉积行为,从而提升其倍率性能和循环稳定性。在宏观层面,通过3D打印和静电纺丝等方法对锌粉材料的空间排列和结构布局进行高精度调控,进一步增强锌粉负极的有序性和功能性,显著改善了电池器件的循环稳定性和库仑效率。此外,流变设计策略通过缓解锌离子沉积应力,为抑制锌粉负极的副反应提供了新的思路。最后,展望了锌粉负极实现高性能和实用化的发展方向。重点强调了先进表征与理论计算对于深入理解锌粉负极失效机理的重要性;提出充分利用锌粉负极的优势,并协同多种改性策略,构筑高稳定性锌粉负极;同时提出突破规模化制备的技术与经济瓶颈是未来推动锌粉负极实用化发展的核心挑战,以期为高性能锌粉负极的进一步开发提供科学指导和理论支持。
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关键词
水系锌金属电池
锌粉负极
微观修饰
宏观设计
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职称材料
题名
基于LLZTO电解质的固态锂金属电池负极界面调控
1
作者
文伸豪
彭德招
林喆与
郭霞
黄培鑫
章志珍
机构
中山大学
材料
学院
中山大学·深圳材料学院
出处
《无机材料学报》
北大核心
2025年第9期1013-1021,共9页
基金
广东省科技计划项目(2023B0909060004)
深圳市优秀科技创新人才培养项目(RCYX20221008092929074)
+1 种基金
深圳市面上项目(JCYJ20220530150200001)
广东省“珠江人才计划”青年拔尖人才项目(2021QN02L210)。
文摘
石榴石型固态电解质(LLZTO)具有高离子电导率、宽电化学稳定窗口等优点,近年来受到了广泛关注。但LLZTO存在与金属锂负极浸润性差、循环过程中锂枝晶生长严重等问题,限制了其大规模应用。本研究通过熔融金属Li和AlF_(3),制备了含氟化物(LiF、AlF_(3))和Li-Al合金的复合负极(LAF)。元素分布分析表明LAF复合负极与LLZTO电解质接触后,在界面处形成氟化物。与金属Li相比,该复合负极能与LLZTO形成较小的界面接触角,使得界面浸润性显著提升。改性后的LAF_(3)复合负极(Li与AlF_(3)质量比3:1)与LLZTO的界面电阻仅为3.9Ω/cm^(2),远小于金属Li负极与LLZTO的界面电阻(138.6Ω/cm^(2));同时,临界电流密度从0.2 mA/cm^(2)提升至0.8 mA/cm^(2)。组装的LAF_(3)|LLZTO|LAF_(3)对称电池在0.2 mA/cm^(2)电流密度下能稳定沉积/剥离3500 h,表明LLZTO|LAF_(3)界面处具有稳定的锂离子沉积/剥离过程。LiFePO_(4)|LLZTO|LAF_(3)准固态电池在0.1C(1C=170 mA/g)电流密度下实现了151.1 mAh/g的放电比容量,且在1C电流密度下循环240圈后,容量保持率高达96.5%。本研究提出的LAF复合负极有效降低了LLZTO|负极的界面电阻,并显著提升了锂离子在界面处的沉积/剥离稳定性,为高性能LLZTO基金属锂电池提供了新的设计思路。
关键词
锂离子电池
固态电解质
LLZTO
负极界面
Keywords
lithium-ion battery
solid electrolyte
LLZTO
anode interface
分类号
TM912 [电气工程—电力电子与电力传动]
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职称材料
题名
水系锌金属电池锌粉负极研究进展:微观修饰与宏观设计
2
作者
贾欣媛
张先福
张隆
机构
中山大学
·深圳
出处
《储能科学与技术》
北大核心
2025年第3期913-929,共17页
基金
国家自然科学基金(52201201)
广东省自然科学基金(2025A1515010006)
深圳市科技计划(JCYJ20240813180504007)。
文摘
锌粉作为水系锌金属电池的负极材料之一,因其成本低廉且在实际应用中能够实现较高的锌利用率而受到广泛关注。然而,锌粉的球形微观结构导致的高比表面积及高电化学活性使得锌粉负极在循环过程中易产生枝晶、发生析氢和腐蚀等副反应,严重影响综合电化学性能。本文系统总结了水系锌金属电池锌粉负极的最新研究进展,重点介绍了其在微观修饰与宏观设计方面的改性策略。在微观层面,通过锌粉本体设计、复合锌粉负极构筑及导电网络构建等策略,降低锌粉负极内部阻抗,减轻充放电过程中的体积膨胀,优化锌离子的沉积行为,从而提升其倍率性能和循环稳定性。在宏观层面,通过3D打印和静电纺丝等方法对锌粉材料的空间排列和结构布局进行高精度调控,进一步增强锌粉负极的有序性和功能性,显著改善了电池器件的循环稳定性和库仑效率。此外,流变设计策略通过缓解锌离子沉积应力,为抑制锌粉负极的副反应提供了新的思路。最后,展望了锌粉负极实现高性能和实用化的发展方向。重点强调了先进表征与理论计算对于深入理解锌粉负极失效机理的重要性;提出充分利用锌粉负极的优势,并协同多种改性策略,构筑高稳定性锌粉负极;同时提出突破规模化制备的技术与经济瓶颈是未来推动锌粉负极实用化发展的核心挑战,以期为高性能锌粉负极的进一步开发提供科学指导和理论支持。
关键词
水系锌金属电池
锌粉负极
微观修饰
宏观设计
Keywords
aqueous Zn metal batteries
Zn powder anodes
micro-modification
macro-design
分类号
TQ152 [化学工程—电化学工业]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于LLZTO电解质的固态锂金属电池负极界面调控
文伸豪
彭德招
林喆与
郭霞
黄培鑫
章志珍
《无机材料学报》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
水系锌金属电池锌粉负极研究进展:微观修饰与宏观设计
贾欣媛
张先福
张隆
《储能科学与技术》
北大核心
2025
0
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职称材料
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