科研进展

深圳先进院在新型铝负极电池技术领域获得新进展

时间:2019-03-28  来源:集成所 功能薄膜材料研究中心 张苗 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(第一单位通讯)联合医工所纳米调控与生物力学研究室李江宇研究员、澳大利亚格里菲斯大学张山青教授、及其团队成员在锂离子电池铝负极方面获得新进展。相关研究成果Uniform Distribution of Alloying/Dealloying Stress for High Structural Stability of Al Anode in Large Areal Density Lithium Ion Battery(通过分散合金化位点达到结构稳定性的铝负极在高面密度锂离子电池中的应用),已在线发表于材料领域顶级期刊 Advanced Materials(《先进材料》,Adv. Mater. 2019, 1900826IF=21.95)上。 

  该团队于201612月研发出一种新型高效低成本锂离子电池,该电池采用一体化设计的铝箔替代了传统锂离子电池的石墨负极和铜箔集流体(Adv. Mater. 2016, 28,1604219)。这种新型电池设计思路显著降低了传统锂离子电池的自重和体积,改善了负极活性材料内部、活性材料与集流体之间的离子/电荷传输效率,并大幅降低了电池的制造成本。然而,一体化铝负极与高面密度正极材料匹配的循环稳定性有待进一步提升,才能满足实际应用。 

  为解决上述问题,唐永炳及团队成员张苗(一作)、项磊、Galluzzi提出活性材料/非活性材料三维共生的改性策略,通过分散合金化反应位点,大幅缓解一体化铝负极体积膨胀引起的应力集中问题,从而显著提升了铝负极的结构稳定性。通过活性材料(铝)和非活性材料(铜)共沉积制备的改性铝负极材料(Cu-Al@Al)与接近商业化应用的高面密度(7.4 mg/cm2)磷酸铁锂正极材料组装的全电池循环200次后,容量保持率达到88%;该工作为铝负极及合金化金属负极的改性及实用化研究提供了新思路。 

  该项研究得到了国家自然科学基金、中国科学院和深圳市科技计划项目等项目的资助。 

  论文链接 

图(aCu-Al@Al负极的制备示意图;(bCu-Al@Al负极的三维共生结构示意图;(cCu-Al@Al负极的截面结构以及元素分布图;(dCu-Al纳米复合层的微观结构图。