基于多个功能层中空管阵列骨架复合金属锂负极的构筑和长效循环性能研究
结题报告
批准号:
51901249
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
26.0 万元
负责人:
陈月皎
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:
2019
项目状态:
已结题
项目参与者:
--
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中文摘要
锂金属负极具有高理论比容量、低密度和低电极电势的优势,被认为下一代电池的理想负极材料。目前其存在着锂的不均匀沉积、循环时的体积效应、锂与电解液间的高反应活性导致锂枝晶产生及循环寿命降低的问题。针对这些问题,本项目提出构筑一种基于保护层/疏锂层/亲锂层的中空管阵列三维框架集流体制备复合金属锂负极。其中,亲锂层在表面疏锂层的作用下,诱导锂离子选择性均匀沉积在中空管内部,缓解枝晶问题及抑制锂金属体积变化;外部的保护层有效阻隔电解液和锂的接触,提高库伦效率。通过复合锂金属负极的构筑,研究不同电场强度调控下的电沉积行为,揭示亲锂层、疏锂层对锂成核生长的作用机理及三维阵列对锂枝晶的抑制作用,探究保护层组分对界面结构与性质及对锂离子脱嵌过程的影响规律,阐明不同功能层抑制锂枝晶生长规律及提高电池循环稳定性的贡献机理,为合理构建锂金属负极并全面提升其性能提供新思路和科学依据。
英文摘要
Lithium metal anode has the advantage of high theoretical capacity, low density and low potential. It has been considered as the best anode for next generation of high energy storage batteries. However, there are three main difficulties hindering its wide application, these are, lithium dendrites growth causing by uneven lithium deposition, volume effect in deposition/stripping process leading to capacity degradation, and high reactivity between lithium metal and electrolyte reducing coulombic efficiency and cycle life. To address above problems, we propose the design of a 3D hollow tube array matrix for lithium metal anode consisting of protective layer/lithiophobic layer/lithiophilic layer. Under the effect of lithiophobic layer, the lithiophilic layer will guide lithium ion predominantly deposit inside the hollow tubes to alleviate dendrite problem and inhibit the volume change. Meanwhile, the outer protective layer can effectively prevent contact between electrolyte and lithium, but allow lithium ion enter the hollow structure to improve coulombic efficiency. By the construction of lithium anode, we can study the electrodeposition behavior under different electric field regulation, explore the regulatory effects of framework and composition of protective layer, and disclose the relationship between the mechanism of different functional layers and crystal growth process of lithium metal. The success of the proposed research can provide the scientific reference and build a strong foundation for the reasonable construction and improvement lithium metal anode.
锂金属负极具有高理论比容量、低密度和低电极电势的优势,被认为下一代电池的理想负极材料。目前其存在着锂的不均匀沉积、循环时的体积效应、锂与电解液间的高反应活性导致锂枝晶产生及循环寿命降低的问题。针对这些问题,本项目提出构筑一种基于多功能的中空管阵列三维框架集流体制备复合金属锂负极。其中,亲锂层在表面疏锂层的作用下,诱导锂离子选择性均匀沉积在中空管内部,缓解枝晶问题及抑制锂金属体积变化;外部的保护层有效阻隔电解液和锂的接触,提高库伦效率。通过复合锂金属负极的构筑,研究不同电场强度调控下的电沉积行为,揭示亲锂层、疏锂层对锂成核生长的作用机理及三维阵列对锂枝晶的抑制作用,探究保护层组分对界面结构与性质及对锂离子脱嵌过程的影响规律,阐明不同功能层抑制锂枝晶生长规律及提高电池库伦效率及循环稳定性的贡献机理,为合理构建并全面提升锂金属负极性能提供新思路和科学依据。项目研究内容主要按照既定的实验设计方案进行,同时基于实验结果所获得的新认识对内容进行相应的调整和拓展。在保证完成研究目标的基础上,对研究内容进行了拓宽,为将来的科学研究打下了坚实基础,主要从事高性能二次电池储能电极的可控设计与器件研制的基础应用研究,通过对电极表界面调控、电极结构设计和柔性器件组装,取得了一系列原创性成果,解决了电池电极高性能存储和器件集成的问题,为高容量、长寿命、功能化储能器件的开发和应用提供了技术支撑和理论指导。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
An In‐Depth Study of Regulable Zincophilic Alloy Matrix toward Stable Zinc Metal Batteries
可调控亲锌合金基体稳定锌金属电池的深入研究
DOI:10.1002/admi.202102254
发表时间:2022-01
期刊:Advanced Materials Interfaces
影响因子:5.4
作者:Qiwen Zhao;Yunyun Wang;Wen Liu;Xiaoyu Liu;Han Wang;Huaming Yu;Yuejiao Chen;Libao Chen
通讯作者:Libao Chen
"Two Birds with One Stone": F Doping Ni-Co Hydroxide as High-Performance Cathode Material for Aqueous Zn Batteries.
——一石二鸟——:F掺杂Ni·Co氢氧化物作为水系锌电池高性能正极材料
DOI:10.3390/nano12101780
发表时间:2022-05-23
期刊:Nanomaterials (Basel, Switzerland)
影响因子:--
作者:
通讯作者:
DOI:10.1039/d1se01152a
发表时间:2021-09
期刊:Sustainable Energy & Fuels
影响因子:--
作者:Huiping Wu;Libao Chen;Yuejiao Chen
通讯作者:Yuejiao Chen
DOI:10.1016/j.coco.2021.100728
发表时间:2021-04
期刊:Composites Communications
影响因子:8
作者:Qisheng Yin;Libao Chen;Yuejiao Chen;Feng Zhan
通讯作者:Feng Zhan
DOI:10.1002/admi.202200011
发表时间:2022
期刊:Advanced Materials Interfaces
影响因子:5.4
作者:Xiaoyu Liu;Zhijian Liu;Hao Yang;Piao Qing;Weifeng Wei;Xiaobo Ji;Yuejiao Chen;Libao Chen
通讯作者:Libao Chen
水系锌离子电池的新型功能化电解液/隔膜协同体系设计及调控机制
  • 批准号:
    52377222
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.00万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    陈月皎
  • 依托单位:
金属锌负极/电解液协同设计与界面科学
  • 批准号:
    2023JJ20064
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    陈月皎
  • 依托单位:
基于保护层/疏锂层/亲锂层的复合金属锂负极构筑及循环性能探究
  • 批准号:
    2020JJ5719
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    陈月皎
  • 依托单位:
国内基金
海外基金