锂离子二次电池多孔集流体的制备与应用

金属基负极材料具有超高的理论容量,是新一代锂离子二次电池理想的负极材料。但是,金属基负极材料在充放电过程中会产生严重的体积膨胀,从而导致负极材料的粉化和脱落,使其循环性能迅速恶化。采用多孔集流体能够充分利用三维连通的孔隙和高的比表面积来显著提高锂离子二次电池的循环性能和能量密度,是缓解金属基负极材料体积膨胀的有效方法之一。本文总结了近年来微米多孔、纳米多孔和双尺度多孔集流体的制备方法及其在锂离子二次电池中的应用。

三维多孔铜及表面修饰铋协同构筑无枝晶锂金属电极

以化学镀制备的具有微米级三维(3D)多孔结构的3D多孔铜为基底,在其表面电沉积铋修饰层,构建了3D Cu@Bi;将其作为锂金属电极集流体.孔径约5μm的3D多孔结构具有高表面积,有利于降低局部电流密度,电流密度分布更均匀,其大容纳空间可缓解体积变化和释放应力,抑制锂枝晶生长.Bi的亲锂性促进了界面动力学,降低了形核过电位,增强了锂沉积/剥离的可逆性.在3D多孔结构和铋修饰层的协同作用下,锂金属沉积容量>4 mA·h/cm^(2)时,电极表面仍保持平整、光滑;由其组装的半电池经过200次循环后,库仑效率(CE)可保持在98.5%以上;由其组装的对称电池在电流密度为0.5 mA/cm^(2),面容量为1 mA·h/cm^(2)时,可稳定循环1500 h以上,循环100次后电极表面仍光滑、无枝晶;以磷酸铁锂为正极组装的LFP||3D Cu@Bi@Li全电池在1.0C倍率下经过200次循环后,显示出132 mA·h/g的高容量和约87.2%的容量保持率.

以多孔铜为集流体制备Cu_6Sn_5合金负极及其性能

以氢气泡为动力学模板电沉积获得多孔铜,并通过热处理增强其结构稳定性.进一步将多孔铜作为基底通过电沉积制备Cu-Sn合金负极.XRD结果给出其组成为Cu6Sn5合金,扫描电子显微镜(SEM)观察到Cu6Sn5合金电极为三维(3D)多孔结构.充放电结果指出,Cu6Sn5合金电极具有较好的充放电性能,其首次放电(嵌锂)和充电(脱锂)容量分别为735和571mAh·g-1,并且具有较好的容量保持率.运用电化学阻抗谱研究了Cu6Sn5合金电极在商业电解液中的界面特性.

多孔负极集流体的研究进展

负极集流体是锂离子电池的重要组成部分,直接决定电池的内阻,影响电池的寿命和循环稳定性。目前商用锂离子电池的负极集流体多为电解铜箔,其局部电流过高易引起锂枝晶生长而导致电池失效,难以满足市场的需求。采用多孔集流体能充分利用其多孔结构和高比表面积来提高锂离子电池的循环稳定性和寿命,有效促进金属基负极的商业化。本文综述多孔负极集流体的制备工艺及其对电池性能的影响,多孔集流体的研发对提升锂离子电池的综合性能有重要意义,有助于促进新型高性能锂电池的应用。

多孔铝箔改善锂离子电池的针刺安全性

针刺热失控的主要热量来源是铝-负极短路,采用多孔铝箔来改善针刺安全性。多孔铝箔上的微孔可轻微削弱力学性能,使抗拉强度降低17%,断裂伸长率降低73%,导致针刺时形成的铝劈锋容易破裂和脱落,进而使得针刺内短路引起的焦耳热被抑制。微孔对锂离子电池的直流内阻、高倍率放电容量和循环性能等没有明显影响。

锂离子电池活性材料剥离强度的实验测试方法

锂离子电池电极复合活性材料的开裂和损伤对电池的容量和循环性能具有显著的负面影响.选择合适的粘结剂和材料配方以提高活性材料的粘结强度,对于电池的长期循环使用具有非常重要的意义.然而,复合活性材料在电极尺度的断裂强度非常难以测量.本文提出了一种基于多孔集流体电极剥离实验的定量测量电极复合活性材料断裂性能的测试方法,通过多孔集流体电极剥离实验和无孔集流体电极剥离实验的对比,依据集流体开孔率的不同,获得复合活性材料自身的剥离强度,并进一步通过实验验证了所测复合活性材料剥离强度与集流体开孔几何的无关性.最终,测量了两种商用配方制备的石墨负极剥离强度,通过与相关数据的比较,验证了测量结果的可靠性和本实验方案的有效性.本实验方法可以测量复合活性材料在稳态断裂时的能量释放率,表征材料的粘结强度,对相关的电极材料制备和数值模拟具有重要意义.