Adv. Mater.: 高容量锂离子电池的深度循环模式

小学生

2021-02-05

由于传统的“摇椅式”充放电过程所限，锂离子电池的实际容量已经接近理论极限，但是人们对于高容量电池的需求依旧迫切。除了开发具有高容量的电极材料外，研发新的充放电模式和技术也可以有效提升现有材料的容量，进而提升电池的能量密度。近日，新加坡南洋理工大学Xiaodong Chen等人设计了一种深度循环的电池运行模式来提升电池容量。

本文要点

1)   作者结合“摇椅式”电池和双离子电池的运行模式，在LiMn₂O₄正极中引入可嵌插阴离子的碳材料，在“摇椅式”反应充电结束后继续充电，进入在正极发生阴离子嵌入，在负极进行阳离子嵌入的双离子运行模式，从而使电池的容量得以提升。并且发生双离子嵌入脱出的电位要高于发生“摇椅式”反应的电位。这样一来，电池的输出电压不会降低；

2)   作者使用LiMn2O4-MCMB(mesocarbon microbeads)/Li电池为模型进行研究。对电池进行深度循环情况下，其容量比仅发生锂离子嵌入脱出的“摇椅式”过程的容量高57.7%，循环2000周后容量保持率高达84.4%；

3)   提升容量的方式除了附加一个双离子嵌插模式外，还可以选择使用类似电容器的表面离子吸附模式。但是表面吸附模式会在整个过程中持续影响电解液中离子浓度，这可能会影响到“摇椅式”过程的电化学行为。而且电容式吸附并没有明显的电容平台，这可能不利于实际应用。与之相反，双例子嵌插模式运行时虽会改变电解液浓度，但是在双例子模式运行结束时电解液中离子浓度会恢复到原先水平，对后续的“摇椅式”反应几乎无影响。

参考文献：

H. Xia et al. Deep Cycling for High-Capacity Li-Ion Batteries, Adv. Mater., 2021, 2004998

DOI: 10.1002/adma.202004998

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202004998