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一种碳纳米管膜直接复合熔融锂金属的无锂枝晶阳极及其制备方法

成果类型:: 新技术

发布时间: 2022-12-02 14:01:54

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:江西省南昌国家高新区| 张敏冬 | 2022-12-30 15:06:47
一种碳纳米管膜直接复合熔融锂金属的无锂枝晶阳极及其制备方法,涉及一种使液态锂直接浸润碳纳米管膜得到无锂枝晶阳极及其制备方法,通过具有优异导热性的碳纳米管与环境的热交换,在垂直于材料表面的方向上存在温度梯度。调控温度梯度可使液态锂金属和上层碳纳米管膜产生负的吉布斯自由能,进而驱动液态锂金属浸润到上层碳纳米管膜内。液态锂直接均匀涂覆或者灌注进碳纳米管薄膜形成的复合材料,可用作具有三维纳米结构的无锂枝晶锂金属电池阳极。在超高电流密度下,锂碳纳米管薄膜复合阳极可实现对称电池无锂枝晶稳定工作,将其作为阳极应用在锂硫全电池时可实现电池高倍率下的循环稳定性。本发明制备工艺简单实用,调控方便,易实现规模化商业生产,可有效抑制锂枝晶,进而为扩展锂金属电池应用领域而提供保障。 本发明的目的是提供一种金属锂和碳纳米管复合用于无机固态锂金属电池的方法,该方法可以有效调控金属锂的沉积,提高固态电池容量,有效抑制锂金属枝晶的形成。
面对当今社会持续的环境以及能源危机问题,高比功率、高比能量、高续航里程、高安全性的电池研发迫在眉睫,但鉴于目前的商用锂离子电池的开发以及应用几乎达到了其理论比容量的极限值,但仍无法满足现有的储能设备对电池性能的需求。要提高电池的能量密度,最理想的是使用锂金属做阳极,因为当金属锂作为电池电极时,其体现出最负的电位(-3.04vvs标准氢电极),金属锂负极的容量基于基于金属锂本身来计算,表现出3860mah·g-1的理论比容量。锂金属被选做阳极材料,随之而来的是需要考虑和电解质的匹配性问题,然而现有商用锂离子电池大多采用液态电解质,液态电解质的一个最棘手的问题是液态电解质大多含有易燃的有机溶剂,导致锂金属和液态有机电解质发生一系列副反应最终导致电池的失效,更严重会发生起火、爆炸等安全问题。因此,科研人员随之将目光转向了和锂金属匹配时相对更加稳定的固态电解质,设想以此来构建一个兼顾高比容量和高安全性固态锂金属电池。

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