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華理胡彥杰EnSM：具有高電化學(xué)活性和水氧穩(wěn)定性的補(bǔ)鋰劑

大多數(shù)鋰補(bǔ)償材料對(duì)水和氧敏感，電化學(xué)活性低。

華東理工大學(xué)胡彥杰等開發(fā)了一種高電化學(xué)活性和水氧穩(wěn)定的二方酸鋰（Li₂C₄O₄）作為鋰補(bǔ)償劑和鋰源。

Li₂C₄O₄可以在水中合成，并且在空氣中非常穩(wěn)定，可以在不改變現(xiàn)有鋰離子電池生產(chǎn)線的情況下生產(chǎn)Li-S電池，從而顯著降低生產(chǎn)成本。在硫電極的制備過(guò)程中，將Li₂C₄O₄添加到表面電極中。這種化合物會(huì)在高壓下分解產(chǎn)生鋰離子和CO₂。

CO₂不僅可以在電極上形成孔隙以減輕體積膨脹，而且還可以用作惰性氣體來(lái)抑制電解液的分解以保護(hù)電池。此外，CO₂分解產(chǎn)物可以優(yōu)化SEI膜并提高循環(huán)性能。

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圖2. 添加Li₂C₄O₄的S/pPAN正極的性能

作者使用非原位測(cè)試和密度泛函理論（DFT）計(jì)算研究了Li₂C₄O₄的分解過(guò)程，發(fā)現(xiàn)Li₂C₄O₄的分解受碳缺陷的影響。通過(guò)更換合適的導(dǎo)體可將Li₂C₄O₄的分解效率提高到2.5倍。基于此結(jié)果，作者采用Li₂C₄O₄作為鋰源構(gòu)建了不含鋰金屬的Si-C//S/pPAN電池。

由于Li₂C₄O₄的氧化穩(wěn)定性和水分穩(wěn)定性，Li-S電池的組裝環(huán)境要求顯著降低。此外，Si-C//S/pPAN軟包電池性能優(yōu)異：其能量密度可達(dá)到340.3 Wh g^-1，300次循環(huán)后容量保持率為96.9%。考慮到簡(jiǎn)單、有效、低成本的鋰補(bǔ)償策略尚未見報(bào)道，這項(xiàng)研究無(wú)疑為未來(lái)的工作和產(chǎn)業(yè)化提供了新的途徑。

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圖3. 軟包電池性能

Self-sacrificing lithium source with high electrochemical activity and water oxygen stability and its application in Si-C//S battery. Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.12.014

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