新型復合金屬鋰電極材料問世 突破大規(guī)模商業(yè)化瓶頸

時間:2016-04-26 08:45來源:科技日報 作者:西顧
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       以博士生梁正為骨干的研究小組首次提出“親鋰性”這一概念，并利用表面“親鋰化”處理的碳質(zhì)主體材料成功制備出一種復合金屬鋰電極，該電極可大大提高鋰電池性能。
 
       由美國斯坦福大學著名材料學家崔屹與美國前能源部部長、諾貝爾物理獎得主朱棣文組成的研究團隊，最近在金屬鋰電極的實際應用研發(fā)方面取得重大突破。以博士生梁正為骨干的研究小組首次提出“親鋰性”這一概念，并利用表面“親鋰化”處理的碳質(zhì)主體材料成功制備出一種復合金屬鋰電極，該電極可大大提高鋰電池性能。
 
       近年來，隨著便攜式電子設備、電動汽車及可再生能源的迅速發(fā)展，高能量能源存儲器件成為新能源新材料領域的研究熱點之一。金屬鋰具有極高的理論比容量和理想的負極電位。以金屬鋰為負極的二次電池，具有高工作電壓、高能量密度等優(yōu)勢，使得金屬鋰成為當今能源存儲領域的首選材料。然而，現(xiàn)有鋰離子二次電池各項指標諸如容量、循環(huán)壽命、充電速度等，均不能滿足消費者日益增長的需求，因此，新型電極材料的研發(fā)成為重中之重。
 
       新研究的復合金屬鋰電極在碳酸鹽電解液體系的循環(huán)過程中具有較小的尺寸變化、極高的比容量和良好的循環(huán)及倍率性能，其電壓曲線也相對平滑，突破了當前制約金屬鋰電池大規(guī)模商業(yè)化的主要問題，即金屬鋰與電解液的副反應，循環(huán)過程中的電極尺寸變化，以及鋰枝晶的形成。前者很大程度上降低了電池的庫倫效率，影響了其電化學性能；后兩者則會給金屬鋰電池帶來嚴重的安全隱患。
 
       針對上述問題，該小組展開了一系列研究。經(jīng)過多次嘗試后，他們將目光轉(zhuǎn)向了納米技術。研究小組對材料表面特殊浸潤性進行深入研究后，首次提出了“親鋰性”這一概念，并利用表面“親鋰化”處理的碳質(zhì)主體材料，通過建立“親鋰”的界面材料體系，開創(chuàng)性地將金屬鋰融化之后，利用毛細作用吸入碳纖維網(wǎng)絡的空隙中，成功制備出含有支撐框架的復合金屬鋰電極。
 
       復合金屬鋰電極由10%體積比的碳纖維和金屬鋰材料組成。碳纖維網(wǎng)絡具有良好的導電性，超高的機械強度和電化學穩(wěn)定性，因此，作為金屬鋰的主體框架材料是絕佳選擇。與之前的相關研究相比，梁正等人將金屬鋰融化，并依據(jù)不同材料的浸潤性所提出的“親鋰”“疏鋰”概念，為金屬鋰電極研究提供了新思路，并且對其他領域的研究具有極高的借鑒作用。
 
        該團隊這一研究成果經(jīng)美國《國家科學院院刊》在線發(fā)表后，受到業(yè)內(nèi)的廣泛關注，多家媒體相繼對其進行追蹤報道，被認為是鋰電池研究領域的重大突破�，F(xiàn)這項研究成果已申請美國發(fā)明專利。
 
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