Исследователи в Китае сообщают о 711,3 Втч/кг лития.

В статье, опубликованной в журнале Chinese Physical Letters, исследователи из Китайской академии наук сообщают о производстве практических литиевых аккумуляторных батарей карманного типа с гравиметрической плотностью энергии 711,3 Вт⋅кг-1 и объемной плотностью энергии 1653,65 Втч⋅л-1. Современные передовые практичные литий-ионные батареи имеют плотность энергии около 300 Вт⋅кг-1.

Ли и др.

Команда использовала высокопроизводительные аккумуляторные материалы, в том числе катод на основе марганца с высоким содержанием лития (LRM) и тонкий металлический литий-анод с высокой удельной энергией, в сочетании с подготовкой электродов с высокой нагрузкой и впрыском обедненного электролита.

Конструкция батареи: (a) существующая коммерческая литий-ионная батарея емкостью 300 Вт·ч·кг-1; (б) увеличение плотности энергии в практических литиевых батареях за счет увеличения плотности энергии активных электродных материалов и уменьшения массы вспомогательных материалов; (в) массовое изготовление батареи емкостью 700 Вт·ч·кг-1, участвующей в данной работе. Ли и др.

В настоящее время плотность энергии современных коммерческих литий-ионных аккумуляторов достигла уровня 300 Вт·ч·кг-1. … Благодаря всестороннему учету циклических характеристик, скоростных характеристик, безопасности, экологической адаптивности и т. д., доля активных катодных материалов всегда низкая, на уровне 50%, тогда как доля анодных материалов составляет 18–25 %. % и другие вспомогательные материалы занимают 25–30% от общей массы.

Не принимая во внимание все остальные аспекты, ориентируясь только на плотность энергии, можно использовать такие подходы, как использование катодных и анодных материалов с более высокой удельной энергией, увеличение массы загрузки электрода, уменьшение соотношения массы электролита и емкости батареи (E/C), а также использование более легких и тонких коллекторов. , сепараторы, упаковочные материалы и т. д. позволяют достичь высокого значения плотности энергии. Тщательно проанализировав конструкцию существующей батареи емкостью 300 Вт·ч·кг-1, мы рассчитаем зависимость между плотностью энергии и несколькими основными компонентами независимо от нормальной функциональности батарей. Результаты показывают, что материалы катода и анода, масса загрузки и соотношение E/C являются доминирующими в улучшении плотности энергии. … К сожалению, замена каждого отдельного компонента не может гарантировать, что батарея достигнет плотности энергии выше 400 Вт·ч·кг-1. Производство аккумуляторов с высокой плотностью энергии может быть достигнуто только за счет синергии вышеупомянутых факторов.

Команда использовала катод LRM высокой удельной емкости с расширенным диапазоном напряжений и металлический литиевый анод толщиной 20 мкм, стабилизированный сепаратором из ПВДФ. Односторонняя удельная емкость катода превышает 10 мАч·см-2, а компактная плотность - более 2,6 г·см-3. Токосъемники изготовлены из ультратонкой фольги Al (9 мкм) и меди (6 мкм), а соотношение E/C составляет 1,3 г·А-1 ·ч-1.

В обычном диапазоне зарядно-разрядного напряжения 2–4,8 В полная батарея емкостью 9,72 Ач имеет весовую плотность энергии 601,78 Втч·кг-1 и объемную плотность энергии более 1175,56 Вт·ч·л-1 [рис. 4(а)], а разрядная емкость батареи не имеет явного снижения после 3 циклов.

Далее расширяя диапазон рабочего напряжения до 1,25–4,8 В, энергия, содержащаяся в интервале низкого напряжения, способствует увеличению весовой плотности энергии до 701,06 Втч·кг-1 и объемной плотности энергии до 1621,84 Втч·л-1. Несмотря на небольшое снижение емкости во втором цикле, емкость аккумулятора сохраняется на высоком уровне — 78,2% в третьем цикле. Плотность энергии составляет 711,3 Втч·кг-1 и 1653,65 Вт·ч·л-1 согласно отчету третьей стороны об испытаниях параллельных батарей. Изменение объема исходной ячейки после первого цикла составляет всего 5,09%.

… мы должны отметить, что всегда существует противоречие между плотностью энергии, производительностью при циклическом использовании, производительностью и безопасностью литиевых батарей. Таким образом, эти параметры все еще необходимо учитывать всесторонне, чтобы удовлетворить потребности конкретных месторождений в будущем.

Ресурсы

Цюань Ли и др. (2023) «Литиевая аккумуляторная батарея карманного типа емкостью 700 Втч/кг», Китайская физика. Летт. дои: 10.1088/0256-307X/40/4/048201