リチウム電池の「ターンオーバー」-リチウムアノードのアプリケーションにおける最大の問題

金属リチウムはグラファイトの完全な代替品であり、リチウムイオン電池の負極材料として使用されているため、リチウムイオン電池は「走行距離差」の問題を解決することができます。最近、山東大学材料科学工学部のJinkuiFeng准教授の研究グループの最新の成果がトップジャーナルNanoEnergyに掲載されました。この技術の導入により、「電気自動車の電力には適さない」とされているリチウム電池が、転倒を期待して幕を開けました。

純粋な電気自動車は自動車産業の焦点です。リチウム電池のコアコンポーネントの1つは、繰り返し世論の頂点に押しやられています。これは、リチウム電池の性能と電池寿命の最大の不満点です。これは、リチウム電池が近年大きな進歩を遂げていないという事実に起因しています。市販の電池の負極は、主に低容量の黒鉛陽極材料であり、電池のエネルギー密度と航続距離を制限すると理解されている。対照的に、金属リチウムは、そのエネルギー密度と航続距離を解決できる理想的なリチウム電池のアノード材料です。

Jinkui Fengは、リチウムイオン電池のアノード材料としてリチウム金属を使用することは、主に安全性とサイクル寿命という2つの問題を克服する必要があると考えています。金属リチウムアノードを悩ませている主な問題は、リチウムデンドライトです。サイクル中、局所分極により、リチウムデンドライトが金属リチウムの表面に成長します。リチウムデンドライトがある程度成長すると、ダイヤフラムに浸透することがあります。さらに、安全上の問題として、リチウムデンドライトが破損すると「デッドリチウム」が形成され、バッテリー容量が失われるため、リチウムデンドライトはリチウム金属アノードの適用に対する最大の障害となります。

Jinkui Feng准教授は、減圧蒸留を使用して、市販の真ちゅうから低沸点の金属亜鉛を除去し、3D多孔質銅を合成し、リチウム金属アノードの集電体として使用しました。真空蒸留は、前駆体の1つまたは複数の成分を蒸発させることによって純粋な高沸点生成物を得る方法です。この方法は、環境に優しく、低コストで、工業化が容易です。調製された多孔質銅の細孔径と気孔率は、蒸留時間と温度によって調整でき、生成された副生成物の亜鉛はリサイクルできます。多孔質銅を金属リチウムアノード集電体として使用すると、リチウムデンドライトの成長を抑制できるため、電池の安全性が向上します。また、循環過程での体積膨張を緩和し、安定したSEI膜と電極構造を形成し、良好な循環性能と増倍性能を得ることができます。

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