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传统锂离子电池替代者——更安全的水系锂离子电池

2017-12-26
        近日,来自香港城市大学材料科学与工程学院的研究人员研发出了一种高安全性的柔性水系锂离子电池。相关工作已经以题为“Towards wearable electronic devices: A quasi-solid-state aqueous lithium-ion battery with outstanding stability, flexibility, safety and breathability”的文章发表于期刊《Nano Energy》。
传统锂离子电池替代者——更安全的水系锂离子电池
        锂离子电池自问世以来,就以其独特的高能量密度、高输出电压等优点受到了人们的青睐,被广泛地应用于众多的电子产品中。然而,各品牌手机屡次出现的起火爆炸事件,使得传统有机系锂离子电池的安全性备受关注;同时,随着智能可穿戴设备的兴起,锂离子电池有机电解液有毒、对湿度敏感等特点也成为不可避免的缺点。因此,开发低毒、高安全性的电解液成为锂离子电池发展的必然趋势。
        水系锂离子电池是以水溶液为电解质的二次电池,它既避免了传统有机体系电池电解液昂贵、有毒、易燃等缺点,又克服了有机系电池生产过程中苛刻的制造工艺以及对水含量的严格控制,成为继风能、太阳能后最具发展潜力的绿色能源之一。但是在其发展中,也受到了一些制约,例如低成本负极材料钒酸锂(LiV3O8)的稳定性就是其中之一。
        近日,来自香港城市大学材料科学与工程学院与深圳大学材料学院的研究人员合作,通过聚吡咯(PPy)包覆的方法大幅度提高了钒酸锂(LiV3O8)作为负极在水电解液中的稳定性。搭配稳定的锰酸锂(LiMn2O4)正极,柔性的碳布集流体,准固态的PVA/LiNO3凝胶电解质,无添加有机电解液添加剂(如T3P、己烷三腈等),成功制备出了高柔性、高安全性的水系锂电池。该水系锂离子电池在0.5A·g-1的电流密度下循环充放电100次和500次,容量保持率分别达到了98.7%和79.8%。同时,该电池表现出超高的柔韧性、安全性,可裁剪成任意形状,甚至可以在电池本体造孔,增加其透气性,更好地满足穿戴舒适性的要求。
        作为一种新兴锂离子电池,水系锂离子电池具有高离子迁移率、高倍率充放电、设备简化、安全环保、成本低等优点,是极具开发应用潜力的新一代储能器件。但是目前,水系锂离子电池的发展还存在着各种各样的问题,限制了其发展和商业化。相信通过研究人员的不断深入研究,发掘新型电解质材料、对电极材料进行包覆等,存在的问题一定会解决,使水系锂离子电池实现商业化。
参考文献
[1] Zhuoxin Liu, Hongfei Li, Minshen Zhu, et al. Towards wearable electronic devices: A quasi-solid-state aqueous lithium-ion battery with outstanding stability, flexibility, safety and breathability. Nano Energy, 2018, 44, 164.
相关链接:锂离子电池电解液常用物质的对比
                 T3P
                 1,3,6-己烷三腈
本文由苏州亚科科技股份有限公司编辑