体積膨張ゼロのリチウム複合アノードを構築して高エネルギー密度を達成
文献鑑賞: 体積膨潤ゼロのリチウム複合アノードを構築して、高エネルギー密度で安定したフレキシブルなリチウム金属電池を実現
著者情報と記事の概要
2022年、南方科技大学のDeng Yonghong研究グループは、香港理工大学のZheng Zijian教授（筆頭著者：南方科技大学博士課程学生、ルオ チャオ）と協力し、ローラーツーローラー法を開発しました。ゼロ体積膨張リチウム複合負極を調製すると、リチウム金属電池のエネルギー密度と柔軟な機械的特性が大幅に向上します。負極は、上部の電子絶縁層、下部のリチウム親和性層、中央の多孔質層からなるサンドイッチ構造となっています。著者はさらに、NCM と LCO の正極を組み合わせることで、リチウム金属電池の優れた柔軟性、エネルギー密度、サイクル維持率を検証しました。
図 1. リチウムを埋め込んだゼロ体積膨張アノードの概略図
テストプログラム
1. リチウム複合陽極とリチウム金属フルバッテリーを構築します。
2. 構造特性評価: FE-SEM、表面化学構造、XPS、および膨潤挙動、SWE2100 (IEST) の形態学的特性評価。
3. 電気化学的性能特性評価: 電気バックルとソフトパッケージのサイクル性能。
4. 機械的性能の特性評価: 電極とパウチバッテリーの曲げ性能。
結果の解釈
図 2. 体積ゼロのリチウム金属アノードの設計原理と体積膨張挙動腫れ
著者は、銅 被覆炭素繊維マトリックス (銅 CM) と極薄 李 マグネシウム 合金シートを組み合わせた電子絶縁多孔質フィルム (EIフィルム) を使用して、中空複合リチウム金属アノードを調製しました。サンドイッチ構造のリチウム複合アノードの作製が成功したことを、ＳＥＭおよび元素マッピング図を使用して確認した。ゼロボリュームをデモンストレーションするには腫れこの複合材料の特性を考慮して、著者らは NCM に対して 李 を組み立てました。811現場試験法を用いた単層セル腫れ厚さと腫れ力、明らかに小さな厚さまたは応力を比較できます腫れ充放電サイクルの過程で VE-李 アノードがゼロであることは、優れた性能を証明しています。腫れ複合材料の抑制性能。
図 3. 体積ゼロのリチウム金属アノードの セイ およびサイクル安定性解析図腫れ
新しいリチウム金属アノードの上層絶縁機能層によってもたらされるリチウム金属界面の変化をXPSで特徴づけることにより、SEIにはリチウムデンドライトに対する最良の抑制効果を持つ無機層Liが含まれていることが証明された3N、李 F。および正極は NCM8112 種類の LCO 電池と比較して、負極に VE-李 を使用しない電池セルは最も高いサイクル容量維持率を示します。
図 4. リチウム金属単層電池全体の電気化学的および機械的安定性
著者らは、動的曲げおよび抵抗試験を通じて、ゼロ VE-李 は 4,000 回の曲げ実験の後でも抵抗と形態に大きな変化を示さず、優れた柔軟性を示していることを発見しました。ゼロ VE-李 電極を高表面負荷のフレキシブル正極と組み合わせて、フレキシブル バッテリーを組み立てました。電気化学サイクル安定性と機械的安定性の評価から、ゼロ体積腫れ負極は、高いカルロン効率、高いサイクル容量維持率、および良好な柔軟性特性を示しました。
図 5. 多層リチウム金属電池全体の電気化学的および機械的安定性
著者らはさらに、両面ゼロ体積膨張アノードの調製を続け、それらが市販のアノード材料よりも高い質量比容量を有することを発見した。組み立てられた多層フレキシブルリチウム金属電池は、重量エネルギー密度と体積エネルギー密度が高く、3,000周の曲げ実験後も75％の容量維持率を維持できます。他の関連文献のフレキシブルリチウムベース電池のエネルギー密度値を比較すると、この研究で開発されたゼロ体積膨潤リチウム複合アノードに基づくフレキシブルリチウム金属電池全体は、非常に高い表面エネルギー密度（22.7 mWh cm）を持っています。-2）、実用体積エネルギー密度（375 うーん L-1、正極と負極、隔膜、および包装材料の体積に基づく）および記録を設定する柔軟な品質係数（FOM、45.6）。
まとめ
この論文では、優れた電気化学的特性と機械的柔軟性を備え、リチウム金属電池のエネルギー密度を大幅に向上できるゼロ体積膨張リチウム複合アノードを開発しました。負極はサンドイッチ構造になっており、下部に上部電子絶縁層、下部にリチウム親和性層、中央に多孔質層が配置されています。&注意;
著者はさらに、NCM と LCO の正極を適合させることにより、対応するフレキシブル リチウム金属電池の優れた柔軟性、エネルギー密度、サイクル維持率を検証しました。ゼロ体積膨張設計は、リチウム金属電池の実用化に新しいアイデアを提供します。大量生産プロセスは、大規模生産の可能性も示しています。原則として、ゼロボリューム腫れこの設計は、エネルギー密度、サイクル、構造安定性を向上させるために、他の負の金属電池 (ナトリウム、カリウム、亜鉛金属電池など) を構築するのにも適しています。
オリジナルの文学
チャオ ルオ、ホン 胡、ティアン 張、シュジン ウェン、ルオ 王、延安 アン、尚-セン ち、ジュン 王、朝陽 王、ジアン チャン*、ジジャン 鄭*、永紅 鄧小平* ゼロのロールツーロール作製- 高エネルギー密度の柔軟で安定したリチウム金属電池を実現する体積膨張リチウム複合陽極、高度 材料、土肥.組織/10.1002/アドマ.202205677。
IEST エネルギー技術関連の推奨試験装置
スウェーデン シリーズその場膨潤解析システム (IEST): 高精度厚さ測定センサーを備えた安定性と信頼性の高い自動化プラットフォームを使用して、セルの充放電プロセス全体の厚さの変化量と変化率を測定します。以下の機能を実現できます。
1. 一定の圧力条件でバッテリーの膨張厚さ曲線をテストします。
2. 一定のギャップ条件下でバッテリーの膨張力曲線をテストします。
3. バッテリー圧縮性能テスト: 応力およびひずみ曲線 - 圧縮係数。
4.バッテリー膨張力の段階的なテスト。
5.異なる温度制御: -20~80℃。
