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锂离子电池是能量密度高、综合机能最好的电化学储能系统，晋升能量密度是锂电池研发的首要方针，中国pg娱乐电子游戏官网app、美国、欧洲和日韩等国度都将开辟400-600Wh/kg锂电池作为锂电池成长的中持久计划。自1991年索尼公司初次实现锂离子电池贸易利用以来，贸易化的锂离子电池手艺能量密度从90 Wh/kg晋升到今朝的360 Wh/kg（北京卫蓝新能源），已普遍利用在消费电子和电动汽车等范畴。从适用化的角度，进一步晋升锂电池能量密度需要采取新电极材料和电池设计来均衡能量密度、功率密度、轮回寿命、平安性等综合机能，仍有诸多材料根本科学问题和工程手艺问题需要解决。与此同时，就可以量密度单一指标而言，研究人员也在延续不竭进行研发，挑战锂电池的设计极限。今朝，公然报道的基在嵌入反映正极材料锂电池（传统意义上的锂离子电池）能量密度最高为Jeff Dahn传授研究团队研制的无负极软包电池（575 Wh/kg, 1414 Wh/L，J. Electrochepg电子游戏appm. Soc., 2020, 167, 080514）。在此根本上更进一步晋升能量密度存在庞大挑战。一方面，需要开辟新型电极材料提高材料储能的能量密度；另外一方面，需要采取极限的电池设计，好比增添电极厚度、削减电解液等非活性材料的质量和体积占比等。这两方面均会致使电池充放电可逆性急剧变差，直至不克不及放电（非二次电池）。 图1. 今朝贸易化锂离子电池和700Wh/kg级超高能量密度电池的设计方案 比来，中国科学院物理研究所/北京凝集态物理国度研究中间HE01组李泉博士、博士研究生杨旸在李泓研究员和禹习谦研究员的指点下，研制了一种基在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比能量密度和体积比能量密度的10Ah级软包锂二次电池，经中国北方车辆研究所（201所）北方汽车质量监视查验判定实验所的第三方测试，初次放电质量能量密度到达711.30 Wh/kg、体积能量密度到达1653.65 Wh/L。研究人员经由过程拓宽富锂锰基氧化物的充放电电位取得更高材料储锂容量、采取隔阂涂层手艺解决超薄锂年夜面庞量沉积可逆性、并摸索厚电极、贫电解液、超薄集流体的匹配性利用等综合策略，终究实现了超高能量密度电池的可逆充放电。该数据为今朝已公然报导的锂二次电池的能量密度最高值。 图2. 高比能富锂正极能量密度和布局不变性研究 超高比能量密度电池手艺的研制将为我国在高空、深空等非凡利用场景和将来电动航空范畴对高机能电源手艺的火急需求供给可能的解决方案。但值得指出的事，仍需年夜量的研发工作解决电池平安、寿命等诸多问题，超高比能电池手艺距离现实利用还相当长的时候。另外，锂电池能量密度仍有晋升空间。接近理论极限电池能量密度的摸索性研究也将进一步丰硕固态离子学和固态电化学范畴的常识系统，增进新材料和新电池系统的手艺立异。 图3. 年夜面庞量金属锂负极研究 相干功效以“A 700Wh kg-1rechargeable pouch-type lithium battery”为题以Express Letter颁发在Chinese Physics Letters上，并已申请中国专利（申请号：202310178078.1）。上述研究工作获得了国度重点研发打算(Grant No. 2021YFB2500300), 国度天然科学基金 (Grant No. 22239003), 中国科学院不变撑持根本研究范畴青年团队打算 (Grant No. YSBR-058) 和中国工程院计谋研究与咨询项目 (No. 2022-XZ-15)的撑持。 图4. 700Wh/kg 超高能量密度10Ah级软包锂二次电池
