全固態電池Mg(BH4)2電極材料的研究

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在追求更高能量密度、更安全的未來能源解決方案的道路上，全固態鋰電池成為了科研界的寵兒。這些電池依賴于固體電解質與電極間的界面接觸和低阻抗，而復雜氫化物作為新型固態電解質材料正逐漸嶄露頭角。全固態電池的發展需解決大容量和降低固態電解質/電極界面間電阻的問題。近期，“復雜氫化物"作為一種有潛力的固態電解質受到關注，以應對這一挑戰。

01 活性材料Mg(BH₄)₂

研究聚焦Mg(BH₄)₂，將其作為全固態可充電鋰電池的轉換型負極活性材料。Mg(BH₄)₂先前已被報道為常用的鋰離子電池負極材料，它可與鋰離子發生反應，可獲得992mAh/g到3970mAh/g不等的理論比容量。

02 LiBH4的自生成效應

根據反應公式(4)，預期會生成LiBH₄，這是一種鋰離子導體，有助于提升電極性能且減輕固態電池中因添加固態電解質而帶來的能量密度損失。在固態電池中，除了電極中的活性材料外，還需要包括幾乎相同重量的固體電解質，這是提高固態電池能量密度的主要障礙。然而，如果Mg(BH₄)₂根據反應式（4）自行產生離子導體LiBH₄，則Mg(BH₃)₂陽極應不受阻礙。此外，另一種放電產物鎂金屬應該有助于降低界面電阻。為了證實LiBH4的自發電效應，我們比較了有/沒有LiBH₄的情況下Mg(BH₄)₂的陽極性能。

03 實驗驗證

實驗中，通過調整Mg(BH₄)₂、AB以及LiBH₄的比例，旨在驗證Mg(BH₄)₂自動生成離子導體LiBH₄的可能性，這是提高電池能量密度的關鍵一步。通過FRITSCH行星式球磨機P7加強型精準的研磨過程，為后續的壓制成片和電池性能測試奠定了堅實的基礎。最終，這些精心準備的雙層餅狀電極與鋰金屬組裝成半電池，通過放電/充電循環測試，展示了Mg(BH₄)₂作為負極材料的巨大潛力。

04 工作原理

采用行星式運動原理，能夠在密閉的惰性氣體氬氣環境下，對Mg(BH₄)₂與乙炔黑（AB）或添加了LiBH₄的混合物進行精細研磨。通過設定600rpm的轉速，它確保了材料的均勻分散。同時，本實驗應用的球磨機的制冷單元可避免高溫下可能引起不必要的化學反應，這對于像Mg(BH₄)₂這類對環境敏感的材料尤為重要。

05 總結

行星式球磨機不僅僅是研磨工具，更是科學研究的加速器，特別是全固態鋰電池領域的發展中扮演著重要角色。本實驗不僅加深了我們對復雜氫化物作為固體電解質的理解，也為未來電池技術的革新提供了寶貴啟示。

發布時間

2024/7/25

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