【动态】大连化物所开发干法电极多功能添加剂实现锂电池超高面载量电极精控制备

学术 2024-11-22 17:05 辽宁

近日，大连化物所能源催化转化全国重点实验室动力电池与系统研究部（DNL2900组群）陈忠伟院士、张永光研究员、罗丹研究员团队在干法电极技术领域取得新进展。团队创新性地将多功能锂离子交换沸石（Li-X）加入高载量干法工艺制备的锂电池正极中，有效解决了超高面载量下电极离子和电子传输迟滞、电解液浸润性差等问题，为高比能锂电池的开发和实际应用提供了新思路。

干法电极技术是下一代高比能锂电池制造的关键技术之一，在高面容量电极开发及提高制造效率方面具有重要的意义，有望提高电池的能量密度并降低制造能耗，从而实现电池的降本增效。然而，随着电极厚度的增加，电极内部离子传输受到阻碍，限制了锂离子的扩散动力学，降低了活性物质的利用率，使得电池的性能在电极厚度增加时面临挑战。

为了解决上述难题，在本工作中，团队设计了厚电极专用的Li-X沸石基多功能添加剂，其多孔结构促进电解液的浸润并降低极片内部曲折度，同时Li-X作为固态电解质，引入后可改善电极内部的锂离子传输能力，降低电极内部不均匀极化，抑制正极表面的副反应。研究表明，加入Li-X添加剂后，载量66mg/cm²的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NMC811）正极具有12.8mAh/cm²的高面容量，所制备的锂金属软包电池表现出464Wh/kg的高能量密度，展现出优越性能和实际应用潜力。

相关研究成果以“Design lithium exchanged zeolite based multifunctional electrode additive for ultra-high loading electrode toward high energy density battery”为题，发表在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上。该工作的第一作者是大连化物所DNL2900组群博士后高云楠。该工作得到中国科学院B类先导专项“能源电催化的动态解析与智能设计”、大连市科技人才创新支持计划等项目的资助。（文/图高云楠）

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202403063

DICP科普一下

干法电极

干法电极是一种新型的电极制备技术，这种技术不使用液态溶剂来分散活性材料和导电添加剂，而是直接将活性材料、导电剂和粘合剂的固态粉末混合在一起。

通常来说，在干法电极的制作过程中，先把活性材料（电池中能储存电能的物质）、导电剂（帮助电流在电池中流动的物质）和粘合剂（让这些材料能紧紧粘在一起的物质）混在一起，在混合过程中，高分子量的粘合剂粉末会被拉伸为纤维状，接着，把这些混合物压成薄片，再把薄片贴在电池的集流体上（即电池中导电的部分，比如铜箔或铝箔）。

干法电极的好处有很多。首先，它不需要液态溶剂，所以制作过程更简单、更环保。其次，因为无需溶剂蒸发，所以制作速度更快，成本也更低。最重要的是，干法电极能让电池的能量密度更高，也就是说，同样的体积下，它能储存更多的电能，让电池续航更久，特斯拉就是干法电极技术的领先应用者之一。

不过，干法电极也有一些挑战。比如，怎么确保这些干粉能均匀地混在一起，并且紧紧地贴在集流体上，这可不是一件容易的事。但是相信通过科学家们的不断努力，干法电极技术将在未来发挥更加重要的作用。（文/高云楠图/陈思）

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