青島能源所采用三維斷層掃描成像技術揭示鋰電池電極工作機理

鋰電池如今已被用于從手機到筆記本電腦和電動車的各個范疇，數據顯示，2018年我國鋰離子電池行業市場規模已達到820億元。預計到2024年，我國鋰離子電池行業市場規模將超過1500億元。進入21世紀，隨著社會的進一步發展，人們對鋰離子電池的能量存儲與使用壽命提出了更高的要求。

從電極材料來看，目前商用鋰電池負極材料為碳，其容量約為372mAh/g。與之對比，鋰金屬負極的容量約為3860mAh/g，約為碳負極材料的10倍有余。但是，在實際使用過程中，鋰金屬電極有鋰枝晶萌生，由鋰金屬電極組成的鋰金屬電池，其庫倫效率低、循環壽命短。為處理這一問題，研究學者提出各種辦法來提升鋰金屬電極的使用壽命。雖然這些辦法在一定程度上提升了鋰金屬電池的循環壽命（<800圈），但與商用鋰電池的循環壽命（——2000圈）相比還有很大差距。為更有效地處理鋰枝晶生長問題，提升鋰金屬電池的庫倫效率、使用壽命，亟需進一步加深對鋰金屬電極的工作機制的理解。

中國科學院青島生物能源與過程研究所先進電池正極材料研究組博士孫富，采用無損、原位同步輻射X射線三維斷層掃描成像技術深入研究鋰金屬電極在循環過程中的工作機制，研究對象為使用三種不同辦法修飾/保護的鋰金屬電極。無損、原位同步輻射X射線成像結果顯示，使用三種不同辦法修飾/保護的鋰金屬電極在循環過程中依然會發生不可逆的形貌轉變。與此同時，在組成的對電池循環效率≥99%的情況下，枝晶狀微型結構的鋰依然會萌生。此項研究揭示了下一代鋰金屬電極的工作機制，也極大加深了人們對鋰金屬電極工作機制的理解。此項研究成果發表在電化學范疇期刊ACSEnergyLetters。

圖：無損、原位同步輻射X射線三維成像技術研究鋰金屬電極工作機制

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