基于氧化还原型电解液添加剂的金属锂负极保护及高能锂硫电池的构建
项目介绍
AI项目解读
基本信息
- 批准号:51871113
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:60.0万
- 负责人:
- 依托单位:
- 学科分类:E0108.金属能源与环境材料
- 结题年份:2022
- 批准年份:2018
- 项目状态:已结题
- 起止时间:2019-01-01 至2022-12-31
- 项目参与者:王迎; 闫霄; 屠兴超; 神领弟; 薛攀; 孙闯; 刘昕; 刘帅宾;
- 关键词:
项目摘要
Lithium-sulfur (Li-S) batteries have become one of the most attractive candidates for the next-generation of high-energy lithium batteries due to their high theoretical energy density. However, the generation of lithium dendrites on the surface of lithium anodes from uneven Li-ion deposition can increase safety risks. Additionally, the dissolution-discharge mechanism of the sulfur cathode will consume lots of electrolyte when compared with conventional commercial lithium-ions batteries. Thus, not only do the scientific problems require solving, but also the key barriers preventing the commercial implementation of Li-S batteries must be overcome. To address all these issues, a novel modification strategy based on multifunctional redox electrolyte additives is proposed in this project, and the research plan is classified as follows. 1) Study the effect of redox additives on the characteristics of the electrolyte; investigate the matching mechanisms between various additives and the selected electrolytes, as well as the compatibility between the modified electrolyte and the lithium anode, such as the formation of SEI film. 2) Study the effect of the electrolyte with redox additives on the electrochemical performance of Li-S batteries; investigate their interface reaction mechanisms via in-situ digital holographic method, and further propose a selection rule of redox electrolyte additives for Li-S batteries. 3) Investigate the electrochemical performance of soft-packed Li-S batteries with the developed novel electrolyte to fabricate high-energy and safe Li-S batteries.
锂硫电池由于其高能量密度而成为下一代高能锂电池的首选。但是锂离子的不均匀沉积会产生锂枝晶进而带来安全隐患,同时硫正极的溶解放电机制则会带来电解液用量大的问题;这些不仅是亟需解决的科学问题,也是推进锂硫电池实际应用需要克服的关键问题。针对以上问题,本项目创新性地提出了采用多功能氧化还原型电解液添加剂来解决上述问题的研究思路,具体研究内容如下:1)系统考察氧化还原型电解液添加剂对电解液基本特性的影响,研究各种添加剂和不同基底电解液的匹配机制,以及所配制电解液与金属锂负极的相容性,比如表面膜的构建;2)考察不同氧化还原型电解液添加剂对锂硫电池电化学性能的影响,并采用原位的数字全息技术探究其界面反应机制,提出氧化还原型电解液添加剂的优选原则;3)研究优选的含有氧化还原型添加剂的电解液在实际电池体系(软包装)下的综合性能,进而构建具有长寿命的高能量密度的锂硫电池,推进其实际应用。
结项摘要
锂硫电池由于其高能量密度一直备受关注,被认为是最接近实用化的下一代高能二次电池技术。本项目主要针对锂硫电池中金属锂负极的枝晶和粉化问题,聚焦于电解液改性的策略,并辅以三维高亲锂骨架和高比能硫基复合正极的研究,以期大幅提升锂负极的循环寿命,进而构筑高性能锂硫软包电池。具体研究内容如下:(1) 系统考察了多种电解液添加剂对金属锂负极的保护作用,阐明了其表界面反应机制,并筛选出了酞菁钴和辛基酚聚氧乙烯醚等多种高效添加剂,可以实现金属锂负极在3mAh/cm2的大充放容量下,稳定循环1800h以上;(2)制备了聚合物硫/碳纳米管复合材料,阐明了对多硫化物的限定机制以及长链硫的可逆性;系统研究了不同减水剂对硫正极分散性的影响以及对多硫化物的限定作用,在5mg/cm2的高面载量下,可呈现>6mAh/cm2的高可逆面容量;(3)设计和系统研究了一系列高亲锂三维载锂骨架的机械和电化学性能,主要包括金属/碳和金属氧化物/碳复合骨架材料,达成了厚度可控(<50微米)、低膨胀率(5.4%)和高面载量等应用指标;(4)对数字全息原位监测技术进行改进,实现了对金属锂复合负极表界面沉积行为的动态监测,并拓展应用到锌离子电池等领域。项目执行期内共发表研究论文18篇,申请专利14项,授权5项,完成了项目的预期指标。
项目成果
期刊论文数量(18)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(14)
Grain refining mechanisms: Initial levelling stage during nucleation for high-stability lithium anodes
晶粒细化机制:高稳定性锂阳极成核过程中的初始整平阶段
- DOI:10.1016/j.nanoen.2019.104128
- 发表时间:2019-12-01
- 期刊:NANO ENERGY
- 影响因子:17.6
- 作者:Dong, Jing;Dai, Hongliu;Zhang, Shanqing
- 通讯作者:Zhang, Shanqing
Conductive carbon nanofiber interpenetrated graphene architecture for ultra-stable sodium ion battery
用于超稳定钠离子电池的导电碳纳米纤维互穿石墨烯结构
- DOI:10.1038/s41467-019-11925-z
- 发表时间:2019-09-02
- 期刊:NATURE COMMUNICATIONS
- 影响因子:16.6
- 作者:Liu, Mingkai;Zhang, Peng;Zhang, Shanqing
- 通讯作者:Zhang, Shanqing
Lamellar-structured anodes based on lithiophilic gradient enable dendrite-free lithium metal batteries with high capacity loading and fast-charging capability
基于亲锂梯度的层状结构负极使无枝晶锂金属电池具有高容量负载和快速充电能力
- DOI:10.1016/j.cej.2022.138570
- 发表时间:2022-08
- 期刊:Chemical Engineering Journal
- 影响因子:15.1
- 作者:Yucheng Liu;Chuang Sun;Yuhao Lu;Xiaoping Lin;Maohua Chen;Yuansen Xie;Chao Lai;Wen Yan
- 通讯作者:Wen Yan
Highly Stable and Scalable Lithium Metal Anodes Enabled by a Lithiophilic SnO 2 @Graphite Fiber Framework Design
通过亲锂 SnO 2 @石墨纤维框架设计实现高度稳定和可扩展的锂金属阳极
- DOI:10.1002/batt.202200161
- 发表时间:2022
- 期刊:Batteries & Supercaps
- 影响因子:--
- 作者:Xiaojuan Qian;Di Miao;Xiaoping Lin;Maohua Chen;Yuansen Xie;Jie Qu;Xingchao Tu;Chao Lai
- 通讯作者:Chao Lai
2-methyl imidazole electrolyte additive enabling ultra-stable Zn anode
2-甲基咪唑电解质添加剂可实现超稳定的锌阳极
- DOI:10.1016/j.cej.2022.139465
- 发表时间:2022
- 期刊:Chemical Engineering Journal
- 影响因子:15.1
- 作者:Cuiping Wu;Chuang Sun;Kaixin Ren;Fenglei Yang;Yixun Du;Xingxing Gu;Qinghong Wang;Chao Lai
- 通讯作者:Chao Lai
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- 通讯作者:赖超
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- 通讯作者:孙武
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