EXPRESS LETTER

 

A 700 W⋅h⋅kg−1 Rechargeable Pouch Type Lithium Battery

 

Quan Li(李泉), Yang Yang(杨旸), Xiqian Yu(禹习谦), and Hong Li(李泓)

 

Chin. Phys. Lett. 2023 40 (4): 048201

 

DOI: 10.1088/0256-307X/40/4/048201

 

文章亮点

 

       研制了兼具超高质量能量密度和体积能量密度的10 Ah级软包锂二次电池，首次放电质量能量密度达到711.30 Wh/kg、体积能量密度达到1653.65 Wh/L。该数据在目前已公开报道的锂二次电池中居于世界前列。

图：基于嵌入式反应正极的锂二次电池能量密度的发展趋势。

 

700 Wh/kg锂二次软包电池

 

研究背景

 

       锂离子电池是能量密度高、综合性能最好的电化学储能体系，提升能量密度是锂电池研发的主要目标。从实用化的角度，进一步提升锂电池能量密度需要采用新电极材料和电池设计来平衡能量密度、功率密度、循环寿命、安全性等综合性能，仍有诸多材料基础科学问题和工程技术问题需要解决。一方面，需要开发新型电极材料提高材料储能的能量密度；另一方面，需要采用极限的电池设计，比如增加电极厚度、减少电解液等非活性材料的质量和体积占比等。这两方面均会导致电池充放电可逆性急剧变差，直至不能放电（非二次电池）。

 

内容简介

 

       最近，中国科学院物理研究所李泓和禹习谦研究员课题组，研制了一种基于高容量富锂锰基氧化物正极和超薄金属锂负极的、具有超高质量能量密度和体积能量密度的10 Ah级软包锂二次电池。经中国北方车辆研究所（201所）北方汽车质量监督检验鉴定试验所的第三方测试，首次放电质量能量密度达到711.30 Wh/kg、体积能量密度达到1653.65 Wh/L。通过拓宽富锂锰基氧化物的充放电电位获得更高材料储锂容量、采用隔膜涂层技术解决超薄锂大面容量沉积可逆性、并探索厚电极、贫电解液、超薄集流体的匹配性应用等综合策略，最终实现了兼顾高质量能量密度和高体积能量密度电池的可逆充放电。

 

研究意义和重要性

 

       我国在高空、深空等特殊应用场景和未来电动航空领域对高性能电源技术有迫切需求，超高能量密度电池技术的研制将为此提供可能的解决方案。接近理论极限电池能量密度的探索性研究也将进一步丰富固态离子学和固态电化学领域的知识体系，促进新材料和新电池体系的技术创新。