中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了一種新型高性能、低成本鋰離子電池技術(shù)，有望打破現(xiàn)有鋰離子電池產(chǎn)業(yè)格局。相關(guān)研究成果“A Novel and Generalized Lithium-Ion Battery Configuration Utilizing Al Foil as Both Anode and Current Collector for Enhanced Energy Density(一種新型普適的基于鋁箔負(fù)極/集流體的高能量密度鋰離子電池)”已在線發(fā)表于材料頂級(jí)期刊Advanced Materials, (DOI: 10.1002/adma.201604219，IF=18.96)上，并申請1項(xiàng)國際發(fā)明專利(PCT/CN2016/081346)。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鋰離子電池已廣泛應(yīng)用于便攜式電子設(shè)備、移動(dòng)工具電源等領(lǐng)域，其市場規(guī)模得到了迅猛擴(kuò)張。尤其是電動(dòng)汽車、大型儲(chǔ)能設(shè)施的需求提高，對于發(fā)展高能量密度、低成本、長循環(huán)壽命的新型二次電池越加迫切。鋰離子電池自1991年由索尼公司商業(yè)化以來，已有25年的發(fā)展歷史，其工作原理是依靠鋰離子在正極(鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元等)與石墨負(fù)極之間來回移動(dòng)(嵌入和脫嵌)來實(shí)現(xiàn)電池的充放電過程。然而目前商用鋰離子電池仍存在能量密度低、制造成本高、資金投入大等問題，制約了電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
基于上述考慮，唐永炳研究員及其團(tuán)隊(duì)成員季必發(fā)、張帆、圣茂華等人成功研發(fā)出一種基于鋁箔負(fù)極的新型鋰離子電池。該新型電池直接采用鋁箔同時(shí)作為電池負(fù)極和集流體，替代了傳統(tǒng)鋰離子電池的石墨負(fù)極和銅箔集流體;正極采用目前常見商用的鈷酸鋰、磷酸鐵鋰、三元材料等;電解液采用碳酸酯類溶劑。該新型電池具有全新的全電池反應(yīng)機(jī)理：充電時(shí)，鋰離子從正極材料中脫嵌出來，運(yùn)動(dòng)到鋁箔負(fù)極表面，并與鋁形成鋁鋰合金;放電時(shí)，鋰離子從鋁鋰合金中脫出，又嵌入到正極材料中。
這種構(gòu)造不僅可以有效降低電池自重和體積，顯著提高質(zhì)量和體積能量密度，而且大大降低了生產(chǎn)制造成本，同時(shí)具有廣泛的普適性。研究結(jié)果表明，采用鈷酸鋰為正極、鋁箔為負(fù)極的全電池(LCO-Al)能量密度可達(dá)到263 Wh/kg，充放電循環(huán)250次后電池容量保持在81%;以磷酸鐵鋰為正極、鋁箔為負(fù)極的全電池(LFP-Al)能量密度達(dá)到163 Wh/kg，充放電循環(huán)500次后電池容量保持在84%;以鎳鈷錳酸鋰三元材料為正極、鋁箔為負(fù)極的全電池(NCM-Al)能量密度達(dá)到258 Wh/kg，充放電循環(huán)250次后電池容量保持86%。該研究成果具有巨大的產(chǎn)業(yè)化前景，并有望改變現(xiàn)有鋰離子電池產(chǎn)業(yè)格局。
該項(xiàng)研究得到了廣東省創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)、廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目和國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。
基于石墨負(fù)極和鈷酸鋰正極的傳統(tǒng)鋰離子電池充放電機(jī)理示意圖（a）；基于鋁箔負(fù)極和鈷酸鋰正極的新型鋰離子電池充放電機(jī)理示意圖（b）。
