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王治宇教授AM：通過(guò)補(bǔ)鋰耦合界面工程實(shí)現(xiàn)的長(zhǎng)壽命準(zhǔn)固態(tài)無(wú)負(fù)極電池

為了促進(jìn)高性能無(wú)負(fù)極鋰金屬電池(AFLMBs)的發(fā)展，迫切需要開(kāi)發(fā)有效的補(bǔ)鋰材料。

在此，大連理工大學(xué)王治宇教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種可實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)循環(huán)壽命準(zhǔn)固態(tài)無(wú)負(fù)極電池的補(bǔ)鋰耦合界面工程策略。Li₂S被用作高效的補(bǔ)鋰物質(zhì)，有效地平衡不可逆的鋰損失進(jìn)而穩(wěn)定電池化學(xué)性質(zhì)。同時(shí)，它在構(gòu)建穩(wěn)定的無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化固態(tài)界面以抑制死鋰和鋰枝晶引起的電池性能下降方面表現(xiàn)出顯著的功效。

圖1. LFP@Li₂S正極的表征和補(bǔ)鋰途徑

總之，該工作通過(guò)將Li₂S作為補(bǔ)鋰物質(zhì)和界面促進(jìn)劑加入到電池體系中，設(shè)計(jì)了一種長(zhǎng)壽命、高能量的準(zhǔn)固態(tài)無(wú)負(fù)極電池。具有天然高鋰含量的Li₂S提供了額外的鋰源，以抵消不可逆的鋰損失且不會(huì)引入有害產(chǎn)物。Li₂S釋放的多硫化物進(jìn)一步直接形成更薄且堅(jiān)固的混合SEI，減少鋰枝晶和界面副反應(yīng)造成的不可逆鋰損失。Li₂S在補(bǔ)償Li損失和改善界面性能方面的雙重作用導(dǎo)致了高Li可逆性，使準(zhǔn)固態(tài)無(wú)負(fù)極電池具有長(zhǎng)循環(huán)壽命和穩(wěn)定的容量保持率。

這一策略使準(zhǔn)固態(tài)無(wú)負(fù)極電池具有500次循環(huán)的長(zhǎng)壽命。Ah級(jí)準(zhǔn)固態(tài)軟包電池采用高負(fù)載LiFePO₄正極和貧凝膠聚合物電解質(zhì)，表現(xiàn)出300 Wh kg^–1的高比能。與LiFePO₄||石墨電池相比，該電池的重量能量密度提高46%，體積能量密度提高94%。因此，該項(xiàng)研究可為開(kāi)發(fā)具有高能量和耐用無(wú)負(fù)極電池提供一種可行的方法。

圖2. Ah 級(jí)準(zhǔn)固態(tài)無(wú)負(fù)極軟包電池的電化學(xué)性能

Long-life Quasi-solid-state Anode-Free Battery Enabled by Li Compensation Coupled Interface Engineering, Advanced Materials 2023 DOI: 10.1002/adma.202305386

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