중국 연구원들은 711.3Wh/kg Li를 보고했습니다.

Chinese Physical Letters의 논문에서 중국과학원(China Academy of Sciences)의 연구원들은 중량 에너지 밀도가 711.3Wh⋅kg−1이고 체적 에너지 밀도가 1653.65Wh⋅L−1인 실용적인 파우치형 충전식 리튬 배터리를 제조했다고 보고했습니다. 현재 고급 실용 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도는 약 300Wh⋅kg−1입니다.

Lee et al.

연구팀은 고용량 리튬이 풍부한 망간 기반 양극(LRM)과 높은 비에너지를 지닌 얇은 리튬 금속 양극을 포함한 고성능 배터리 소재를 고부하 전극 준비 및 희박 전해질 주입과 결합하여 사용했습니다.

배터리 설계: (a) 기존 300Wh·kg−1 상업용 리튬 이온 배터리; (b) 활물질의 에너지 밀도를 높이고 보조물질의 질량을 감소시켜 실제 리튬전지의 에너지 밀도를 높이는 것; (c) 이 작업과 관련된 700Wh·kg−1 배터리의 대량 구성. Li et al.

현재 첨단 상용 리튬이온 배터리의 에너지 밀도는 300W·h·kg−1 수준에 도달했다. … 사이클링 성능, 속도 성능, 안전성, 환경 적응성 등을 종합적으로 고려하여 양극활물질의 비중은 항상 50% 수준으로 낮은 반면, 양극재의 비중은 18%~25%를 차지합니다. % 및 기타 보조 재료는 전체 질량의 25%~30%를 차지합니다.

다른 모든 측면을 무시하고 에너지 밀도에만 초점을 맞춰 비에너지가 더 높은 양극 및 음극 소재 채택, 전극 로딩 질량 증가, 전해질 질량 및 배터리 용량 비율(E/C ) 감소, 더 가볍고 얇은 집전체 채택 등의 접근 방식을 취하고 있습니다. , 분리막, 포장재 등 모두 높은 에너지 밀도를 달성하는 것이 가능합니다. 기존 300W·h·kg−1 배터리의 설계를 철저하게 분석한 후, 배터리의 정상적인 기능에 관계없이 에너지 밀도와 여러 주요 구성 요소 간의 의존성을 계산합니다. 결과는 양극 및 음극 재료, 로딩 질량 및 E/C 비율이 에너지 밀도 향상에 지배적임을 보여줍니다. … 불행하게도 모든 단일 구성 요소의 변경으로 인해 배터리가 400W·h·kg-1 이상의 에너지 밀도에 도달할 수 있다고 보장할 수는 없습니다. 고에너지 밀도 배터리의 제조는 위에서 언급한 요소들의 시너지를 통해서만 달성될 수 있습니다.

연구팀은 전압 범위가 넓어진 고용량 LRM 음극과 PVDF 분리막으로 안정화된 20μm Li 금속 양극을 사용했습니다. 음극의 단면적 비면적 용량은 10mAh·cm-2를 초과하고 치밀밀도는 2.6g·cm-3보다 크다. 집전체는 초박형 Al(9μm) 및 Cu(6μm) 호일로 만들어졌으며 E/C 비율은 1.3g·A−1·h−1입니다.

일상적인 충방전 전압 범위 2~4.8V 내에서 9.72Ah 완전 배터리는 601.78Wh·kg-1의 중량 에너지 밀도와 1175.56Wh·L-1 이상의 체적 에너지 밀도를 나타낸다. 4(a)], 3사이클 후에도 배터리 방전 용량은 뚜렷한 감소를 보이지 않습니다.

작동 전압 범위를 1.25~4.8V로 더욱 확장하면 저전압 간격에 포함된 에너지는 최대 701.06Wh·kg−1의 중량 에너지 밀도와 1621.84Wh·L−1의 체적 에너지 밀도를 지원합니다. 2번째 사이클에서는 약간의 용량 감소에도 불구하고 3번째 사이클에서는 78.2%의 높은 배터리 용량 유지율을 보여줍니다. 병렬 배터리에 대한 타사 테스트 보고서에 따르면 에너지 밀도는 711.3Wh·kg−1 및 1653.65Wh·L−1입니다. 첫 번째 사이클 이후 초기 셀의 부피 변화는 5.09%에 불과합니다.

… 리튬 배터리의 에너지 밀도, 사이클링 성능, 속도 성능 및 안전성 간에는 항상 모순이 있다는 점에 유의해야 합니다. 따라서 향후 특정 분야의 수요를 충족하려면 이러한 매개변수를 포괄적으로 고려해야 합니다.

자원

Quan Liet al. (2023) "700Wh kg−1 충전용 파우치형 리튬 배터리" Chinese Phys. 레트 사람. 도이: 10.1088/0256-307X/40/4/048201