科研进展

深圳先进院在能源材料顶级期刊上发表新型双离子电池综述

时间:2018-07-13  来源:集成所功能薄膜中心 文本大小:【 |  | 】  【打印

  近日,中国科学院深圳先进技术研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究员(通讯作者)及其团队成员王蒙博士(第一作者)在能源材料顶级期刊Advanced Energy Materials封面论文,IF21.875上发表综述,评述了新型双离子电池体系中的反应机理、优势、挑战及最新研究进展(A Review on the Features and Progress of Dual-Ion Batteries 2018, 8, 1703320)。 

  双离子电池具有高工作电压、低成本、环保且易回收等优势,已受到国内外的广泛关注。但由于传统双碳结构的双离子电池因石墨的压实密度和理论容量的限制,因此能量密度较低。鉴于此,唐永炳团队提出了一种一体化电极的设计思路,以廉价、环保且储量丰富的铝箔同时作为负极活性材料和集流体,与石墨正极材料构建了新型高效低成本铝-石墨双离子电池体系(Adv. Energy Mater., 2016,6,1502588;PCT/2015/09996)。该电池体系采用廉价且环保的铝箔和石墨分别作为负极和正极材料,省去了钴酸锂等传统正极材料,电池更为环保且回收容易,并大幅降低制造成本,平均工作电压高达4.2 V,显著提升了双离子电池能量密度。此外,团队还将一体化电极设计思路成功拓展到了新型锂电体系(Adv.Mater.2016,29,1604219; PCT/CN2016/081346, PCT/CN2016/081344, PCT/CN2016/081345),显著提升了传统锂电的能量密度,并大幅降低制造成本。 

  团队后续为提高铝负极在新型电池中的稳定性,对其进行了结构和界面的调控,分别研发出三维多孔铝/碳负极(Adv.Mater.,2016,28,9979,PCT/CN2016/081344;PCT/CN2016/081345)、具有中空界面结构的铝负极(Adv. Mater.,2017,29,1606805.)、碳包覆的纳米铝负极(Adv.Energy Mater.,2017,7,1701967)、活性材料/集流体/隔膜一体化的多功能电极(Adv.Funct.Mater.,2017,1703035; PCT/CN2017/078204)以及超高倍率性能的一体化柔性电池(Adv. Energy Mater.,2017,7,1700913; PCT/CN2017/078205)。团队还将一体化设计的新思路拓展到了储量丰富的碱(土)金属离子电池体系,成功研发出了成本更低且不依赖于有限锂矿资源的环保型钠基双离子电池(Adv.Energy Mater., 2017,7, 1601963;PCT/CN2015/099967)、钾基双离子电池(Adv. Mater., 2017,29,1700519; Adv.Energy Mater.,2017,7,1700920,PCT/CN2017/074632)以及新型室温高电压钙离子电池(Adv.Sci,2018, 1701082; Nature Chemistry 2018,10,667; CN201710184368.1, PCT/CN2017/078203)。

  团队基于上述技术已申请发明专利55项,PCT专利21项、中国发明专利26, 美国专利2项,欧盟专利2项,日本专利2项,韩国专利2,并成功完成了技术转移孵化,建成的圆柱、软包、方壳电池中试产线已顺利完成验收,研发的新型电池已顺利通过第三方权威机构检测。 

  该系列研究工作得到了中科院科技项目,广东省科技项目,深圳市孔雀团队和孔雀人才等项目的资助。 

  论文链接 

  左为新型双离子电池结构及工作机理示意图,右图为Advanced Energy Materials封面报道