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科研人员提出新型三维锂负极框架构型

科技日报讯 (记者颉满斌)6月3日,科技日报记者从中国科学院近代物理研究所获悉,该所材料研究中心科研人员与北京航空航天大学合作者利用核径迹技术提出了一种新型三维锂负极框架构型。相关研究成果近日发表在《先进能源材料》上。

“探究高性能电池负极材料的理想框架构型是当前国际上的一个前沿科学问题。锂金属负极被认为是下一代锂电池的理想负极材料,然而循环过程中产生枝晶等问题阻碍了其商业化应用。”该所纳米材料室主任、研究员段敬来告诉记者,因此寻找兼具高能量密度、高功率密度和高循环稳定性的锂负极框架构型,对于研发高性能锂离子电池具有重要意义。

科研人员基于兰州重离子研究装置,利用核径迹技术构建了一种新型三维多孔复合框架结构。该结构由三维纳米铜骨架和均匀分布的亲锂位点构成。当将其与锂金属复合作为锂离子电池负极时,该复合框架结构表现出超过2000小时的长循环寿命和高速率能力。即使在高面积容量和高电流密度下,复合负极在运行600小时后仍表现出稳定的循环性能。

与同种材料的其他框架结构相比,该三维多孔复合框架结构显著提升了锂离子电池的电化学性能。进一步的研究表明,该复合框架结构的良好力学强度、高孔隙率和低孔隙迂曲度是电池性能提升的主要因素。

段敬来介绍,该工作将核径迹技术引入电极材料领域,提出了一种新型金属锂负极框架构型,对于探寻高性能负极材料具有重要意义,有利于研究理想负极框架结构的具体形态,引发研究者对锂负极框架构型的更多讨论与思考,将有助于锂金属负极关键问题的解决和储能领域的发展。

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