6-徐立强 山东大学--第六届全国设备管理与技术创新成果交流大会--2024-7-18最终版本.pdf

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1、新型高性能碱金属离子二次新型高性能碱金属离子二次电池关键电池关键电极材料的研发与应用电极材料的研发与应用徐立强徐立强山东大学山东大学2024-07-18 西安西安2研究背景研究背景Gradual depletion of fossil fuels-Energy ShortageBurning fossil fuels-environmental pollutionSolar,wind and other renewable clean energy,with total,low energy density,random,intermittent,etc.,susceptible to nat

2、ural conditions.Therefore,not easy to use them better.Energy conversion and storage of the rechargeable battery has a broad market prospect and economic benefitsSustainability?New battery related devicesDevelopment of new energy“十四五十四五”期间清洁能源占能源消费增量比重期间清洁能源占能源消费增量比重将达将达80%-加快加快多元化、新型储能多元化、新型储能的研发应用的

3、研发应用 发展新型储能器件势在必行发展新型储能器件势在必行 钠离子二次电池钠离子二次电池 钾离子二次电池钾离子二次电池锂硫二次电池锂硫二次电池锂离子锂离子二次电池二次电池新型储能器件应用导向新型储能器件应用导向Adv.Mater.2019,31,1802822 Sci.Adv.2019,5,7412 锂资源短缺锂资源短缺碱金属离子二次电池6 钠离子电池工作原理示意图钠离子电池工作原理示意图缺点：钠离子半径(1.02)和钾离子半径大于锂离子(0.76)，导致钠/钾离子扩散动力学慢，材料结构坍塌等 优点优点：原料成本低；可以沿用现有的锂电生产工序；l 碳基材料碳基材料(硬碳，碳纳米管，石墨烯等硬碳

4、，碳纳米管，石墨烯等)；l 合金类材料合金类材料(Ge,Sn,Sb,P等等)；l 过渡金属硫属化物，磷化物过渡金属硫属化物，磷化物等等钠/钾离子电池负极材料分类 Y.M.Li et.al,Energy Storage Materials,2017,7,130-151.理论比容量较高；体积膨胀，易溶于电解液中。研究重点：研究重点：研发新型电极材料研发新型电极材料123微纳结构微纳结构晶体结构晶体结构界面问题界面问题?循环稳定性形貌结构晶体/物相结构容量稳定输出溶剂化结构稳定电极-电解液界面?8材料材料晶体结构选择性调控晶体结构选择性调控的思考的思考9二二维维层状层状材料材料，层间距，层间距大大-

5、0.683 nm2.1 基于碳酸氧铋基于碳酸氧铋(BiO)2CO3的钾离子电池负极的钾离子电池负极水合硝酸铋水合硝酸铋Wang L.,Xu LQ.*et.al.Angew.Chem.Int.Ed.2021,60,15381-15389；Cited 53 times10双氟磺酰亚胺钾双氟磺酰亚胺钾-二乙二醇二甲醚电解液体二乙二醇二甲醚电解液体系的稳定性较高。系的稳定性较高。HOMO(eV)LUMO(eV)LUMO-HOMO(eV)LUMO(eV)G2-5.5181.4726.997.775KFSI-G2-6.953-6.3030.65DME-5.5111.6617.1728.545KFSI-DM

6、E-7.169-6.8840.2852.1 基于碳酸氧铋基于碳酸氧铋(BCO)的钾离子电池负极的钾离子电池负极11高浓度醚类电解液高浓度醚类电解液KFSI-G2可为可为(BiO)2CO3构筑均匀、稳定的构筑均匀、稳定的SEI界面界面2.1 基于碳酸氧铋基于碳酸氧铋(BiO)2CO3的钾离子电池负极的钾离子电池负极嵌钾嵌钾/脱钾过程中脱钾过程中(BiO)2CO3发生发生原位纳米化原位纳米化12高浓度电解液的电化学优异性高浓度电解液的电化学优异性2mg cm-22.1 基于碳酸氧铋基于碳酸氧铋(BiO)2CO3的钾离子电池负极的钾离子电池负极13 在在高浓度电解液中经过四圈左右完成稳定高浓度电解液