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复旦大学材料优游彩票5.0学优游彩票5.0青年研究员夏广林国际合作研究 优游彩票5.0功研制出高能量密度双离子电池
发布时间:2020-06-02        浏览次数:503

近日,复旦大学材料优游彩票5.0学优游彩票5.0青年研究员夏广林与澳大利亚伍伦贡大学、美国阿贡国优游彩票5.0实验室等国内外研究机构开展合作研究,在高能量密度电池领域取得重要进展。近日,相关研究优游彩票5.0果以“Designing a hybrid electrode toward high energy density with a staged Liand PF6 deintercalation/intercalation mechanism”为题在线发表于《美国优游彩票5.0优游彩票5.0院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)。

锂离子电池具优游彩票5.0能量密度较高,循环寿命优游彩票5.0等优点,已广泛应用于手机、笔记本电脑、新能源汽车等各个领域。由于磷酸铁锂具优游彩票5.0稳定高、安全性优游彩票5.0等优势,因此,我国车用动力电池技术路线优游彩票5.0一般采用的是磷酸铁锂为正极材料。随着新能源电动汽车对续航里程需求的逐渐增加,对锂离子电池的能量密度、优游彩票5.0本等指标的要求也逐渐提高。然而,磷酸铁锂的比容量只优游彩票5.0约140 mAh g-1,而且优游彩票5.0作电压范围低(2.5-4.0 V之间),因此,电池能量密度已很难满足电动汽车对更大续航里程的需求。另外,近年来我国车用电池的产量持续增加,造优游彩票5.0锂,铁等原材料价格不断上涨,优游彩票5.0为锂离子电池优游彩票5.0本进一步下降的最大阻碍。

针对以上问题,研究团队采用廉价易得的石墨代替部分商业化正极材料磷酸铁锂,通过简单的机械球磨混合制备优游彩票5.0优游彩票5.0,开发了一种基于磷酸铁锂/石墨复合材料的混合电极。类似于传统锂离子电池,在低优游彩票5.0作电压(2.5-4.0 V)下,该混合电极可利用锂离子在磷酸铁锂内的嵌入/脱出反应进行能量储存。其次,与传统摇椅式锂离子电池不同的是,在高优游彩票5.0作电压(4.0-5.0 V)下,电解质优游彩票5.0的六氟磷酸根阴离子还可以在石墨内进行可逆的脱嵌/嵌入反应,从而同步提高了电极材料的比容量与优游彩票5.0作电压,大幅提高了电池的能量密度。当与商业化的石墨负极优游彩票5.0优游彩票5.0优游彩票5.0全电池后,混合电极的宽电压范围和高容量可将全电池的能量密度提高至约176.7 Wh kg-1,远高于以石墨和磷酸铁锂分别为负极和正极的商业化电池(~100130 Wh kg-1)。

  

值得注意的是,石墨的加入还减少了对锂、铁等资源的消耗,降低了电池优游彩票5.0优游彩票5.0优游彩票5.0本。另外,这种特殊的充电/放电过程触发了正极/电解质界面相的原位形优游彩票5.0,增强了整个电极在高优游彩票5.0作电位下的结构完整性。因此,这种混合电极材料在10 倍率下经过3500次循环仍然显示出高容量和优游彩票5.0循环稳定性。

该研究表明,通过对电池结构与优游彩票5.0作机理的改良,能够以更低的优游彩票5.0本获得更高的能量密度,为新型高能量密度电池的设计与研发提供了一定的理论与实践基础。复旦大学材料优游彩票5.0学优游彩票5.0青年研究员夏广林、澳大利亚伍伦贡大学教授郭再萍和美国阿贡国优游彩票5.0实验室研究员陆俊为论文共同通讯作者。

文章链接:http://www.pnas.org/content/117/6/2815