锂电池研究领域取得多项进展
发布日期：2023-03-31
近期，辣妹聊天室“辽宁省能源材料与电化学重点实验室”在低温锂硫电池、固态锂金属电池和锂离子电池硅负极应力管理等研究领域取得新进展。
锂硫电池具有高能量密度和低成本优势，但低温下锂离子脱溶势垒高，局部电荷转移阻抗大、电池内部发生强极化以及多硫化物溶解度降低，使其难以实现完全充放电。此外，低温下多硫化物穿梭效应导致锂硫电池容量衰减更加严重。针对这些问题，安百钢教授团队和中科院过程工程研究所王宝研究员合作，利用原子级混合的中熵合金FeCoNi高催化活性和良好吸附性能，协同催化多硫化物转化并加快电化学反应。进一步引入MnO纳米粒子，锚定和提高FeCoNi纳米粒子及其周围多硫化物浓度，实现多硫化物强吸附，促进多硫化物催化转化。
中熵合金催化剂复合的正极材料Li
2S
6/FCN-MO@CNFs展现了优良的低温特性，-40°C和0.1 C倍率下，初始放电容量可达1167.5 mAh g
-1，在0.2 C下进行100次循环后，容量保持率70.1%。相关成果“Synergistic enhancement of Li-S battery low-temperature cycling performance by nano-sized uniformly compounded FeCoNi and MnO nanoparticles”在线发表于《Chemical Engineering Journal》。DOI：10.1016/j.cej.2023.141445。论文第一作者为化工学院 2020级硕士研究生庞晓婉。
金属锂负极具有极高的理论比容量 (3860 mAh g
-1)和超低的电化学势 (?3.04 V vs SHE)备受关注，然而在实际应用过程中，由于其界面不稳定性等原因仍面临巨大挑战。安百钢教授团队与学校特聘教授，南京理工大学孙呈郭教授合作，利用原位热分解2,2-偶氮二异丁腈 (AIBN)添加剂，在聚合物固态电解质与金属锂负极之间构建了一种稳定高效的氮化锂 (Li
3N)中间层，有效解决了电解质与电极之间界面处离子电导率低、接触差、不稳定等问题。相关成果“Thermal Decomposition Assisted Construction of Nano-Li3N Sites Interface Layer Enabling Homogeneous Li Deposition”在线发表于《ChemSusChem》。DOI：10.1002/cssc.202202220。论文第一作者为化工学院2021级博士研究生李洪洋。
硅因其高理论容量被认为是一种很有前途的锂离子电池负极材料，然而硅在锂化和脱锂过程中产生的应力会导致硅负极严重结构损伤和不稳定固态电解质界面，严重阻碍了硅负极实际应用。针对上述问题，安百钢教授团队和中科院金属研究所李峰研究员合作，设计了一种具有多级石榴状结构的硅负极（HPS-Si），其由共价键联接的亚纳米级 SiO
2-x、SiC和C多相层修饰纳米硅球自组装的亚微米级硅构成。这种多级石榴结构硅负极HPS-Si能有效调节硅充放电过程的应力变化以增强了负极电化学循环稳定性能。相关成果“Hierarchical pomegranate-structure design enables stress management for volume release of Si anode”在线发表于《Journal of Materials Science & Technology》。DOI: 10.1016/j.jmst.2023.02.014。论文第一作者为化工学院2019级博士研究生狄方。
（供稿：化工学院）