同济大学王超，联手华科大「国家杰青」黄云辉，最新AFM！

第一作者：朱仁杰，刘淦雄

通讯作者：王超，黄云辉

通讯单位：同济大学，华中科技大学

王超，同济大学无机材料系特聘研究员，博士生导师，上海市海外高层次人才计划入选者（2021）。研究方向：石墨烯材料，锂硫电池，电化学储能器件，金属锂负极，电催化，电化学方法在水处理方面的应用。（信息来源：https://mif.tongji.edu.cn/info/1031/1657.htm）

黄云辉，华中科技大学教授、博导，校学术委员会副主任，国家杰出青年科学基金获得者，国务院政府特殊津贴获得者。主要研究领域包括锂离子动力与储能电池、下一代锂硫和锂-空气电池、钠离子电池、固体氧化物燃料电池。（信息来源：http://faculty.hust.edu.cn/huangyunhui/en/more/1415891/jsjjgd/index.htm）

论文速览

磷酸铁锂（LiFePO₄）是锂离子电池中广泛使用的正极材料，因其安全性高、低成本和长循环寿命而受到重视。然而，其低压实密度限制了其在需要高体积能量密度的电池中的应用。

本研究探讨了使用液态金属（GaIn）纳米粒子作为导电剂，替代传统电极配方中的碳黑，以提高磷酸铁锂（LiFePO₄）电池的体积能量密度。

液态金属的引入改善了颗粒界面，减少了颗粒摩擦，提供了润滑效果，从而实现了更致密的电极结构，使LiFePO₄电极的孔隙率降低，实现了体积能量密度的20.7%提升。此外，含GaIn的电池在高温下展现出更少的副反应，特别是在固态电池配置中，展现出144 mAh g⁻¹的比容量和优越的循环性能。

图文导读

图1：通过高速分散均质化和高功率超声处理得到的GaIn颗粒的图像，以及LFP@mGaIn、LFP@nGaIn和LFP@SP电极表面形貌的扫描电镜（SEM）图像。以及LFP@mGaIn、LFP@nGaIn和LFP@SP半电池的充放电曲线和循环伏安（CV）曲线。

图2：LFP@mGaIn和LFP@nGaIn电极在初次充放电循环后的表面形貌的SEM图像，以及电极和锂负极的XPS分析结果。

图3：两种锂离子电池电极材料（LFP@SP 和 LFP@nGaIn）的微观结构、性能测试结果和比较。包括电极的SEM图像、结构示意图、循环性能、电化学阻抗谱、倍率性能、体积能量密度和孔隙率，以及全电池的循环性能。

图4：LFP@nGaIn和LFP@SP电池在高温下循环性能的比较。

总结展望

本论文的亮点在于成功应用液态金属GaIn纳米粒子作为LiFePO₄电池的导电剂，显著提升了电池的体积能量密度。实验结果显示，与使用传统碳黑SP相比，LFP@nGaIn电极的孔隙率大幅降低，体积能量密度提升了约20.7%。此外，GaIn的低比表面积有助于减少高温下的副反应，提高了电池的稳定性和循环寿命。

在固态电池中，GaIn的应用也展现出了优越的循环性能和较低的界面阻抗。这些发现表明，液态金属GaIn作为一种新型导电剂，为开发具有更高体积能量密度和改进耐用性的电池提供了有前景的解决方案。

文献信息

标题：Enhancing Volumetric Energy Density of LiFePO₄ Battery Using Liquid Metal as Conductive Agent

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202409230