第一作者：朱仁杰，劉淦雄

通訊作者：王超，黃云輝

通訊單位：同濟(jì)大學(xué)，華中科技大學(xué)

王超，同濟(jì)大學(xué)無(wú)機(jī)材料系特聘研究員，博士生導(dǎo)師，上海市海外高層次人才計(jì)劃入選者（2021）。研究方向：石墨烯材料，鋰硫電池，電化學(xué)儲(chǔ)能器件，金屬鋰負(fù)極，電催化，電化學(xué)方法在水處理方面的應(yīng)用。（信息來源：https://mif.tongji.edu.cn/info/1031/1657.htm）

黃云輝，華中科技大學(xué)教授、博導(dǎo)，校學(xué)術(shù)委員會(huì)副主任，國(guó)家杰出青年科學(xué)基金獲得者，國(guó)務(wù)院政府特殊津貼獲得者。主要研究領(lǐng)域包括鋰離子動(dòng)力與儲(chǔ)能電池、下一代鋰硫和鋰-空氣電池、鈉離子電池、固體氧化物燃料電池。（信息來源：http://faculty.hust.edu.cn/huangyunhui/en/more/1415891/jsjjgd/index.htm）

論文速覽

磷酸鐵鋰（LiFePO₄）是鋰離子電池中廣泛使用的正極材料，因其安全性高、低成本和長(zhǎng)循環(huán)壽命而受到重視。然而，其低壓實(shí)密度限制了其在需要高體積能量密度的電池中的應(yīng)用。

本研究探討了使用液態(tài)金屬（GaIn）納米粒子作為導(dǎo)電劑，替代傳統(tǒng)電極配方中的碳黑，以提高磷酸鐵鋰（LiFePO₄）電池的體積能量密度。

液態(tài)金屬的引入改善了顆粒界面，減少了顆粒摩擦，提供了潤(rùn)滑效果，從而實(shí)現(xiàn)了更致密的電極結(jié)構(gòu)，使LiFePO₄電極的孔隙率降低，實(shí)現(xiàn)了體積能量密度的20.7%提升。此外，含GaIn的電池在高溫下展現(xiàn)出更少的副反應(yīng)，特別是在固態(tài)電池配置中，展現(xiàn)出144 mAh g^?1的比容量和優(yōu)越的循環(huán)性能。

圖文導(dǎo)讀

圖1：通過高速分散均質(zhì)化和高功率超聲處理得到的GaIn顆粒的圖像，以及LFP@mGaIn、LFP@nGaIn和LFP@SP電極表面形貌的掃描電鏡（SEM）圖像。以及LFP@mGaIn、LFP@nGaIn和LFP@SP半電池的充放電曲線和循環(huán)伏安（CV）曲線。

圖2：LFP@mGaIn和LFP@nGaIn電極在初次充放電循環(huán)后的表面形貌的SEM圖像，以及電極和鋰負(fù)極的XPS分析結(jié)果。

圖3：兩種鋰離子電池電極材料（LFP@SP 和 LFP@nGaIn）的微觀結(jié)構(gòu)、性能測(cè)試結(jié)果和比較。包括電極的SEM圖像、結(jié)構(gòu)示意圖、循環(huán)性能、電化學(xué)阻抗譜、倍率性能、體積能量密度和孔隙率，以及全電池的循環(huán)性能。

圖4：LFP@nGaIn和LFP@SP電池在高溫下循環(huán)性能的比較。

總結(jié)展望

本論文的亮點(diǎn)在于成功應(yīng)用液態(tài)金屬GaIn納米粒子作為L(zhǎng)iFePO₄電池的導(dǎo)電劑，顯著提升了電池的體積能量密度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，與使用傳統(tǒng)碳黑SP相比，LFP@nGaIn電極的孔隙率大幅降低，體積能量密度提升了約20.7%。此外，GaIn的低比表面積有助于減少高溫下的副反應(yīng)，提高了電池的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。

在固態(tài)電池中，GaIn的應(yīng)用也展現(xiàn)出了優(yōu)越的循環(huán)性能和較低的界面阻抗。這些發(fā)現(xiàn)表明，液態(tài)金屬GaIn作為一種新型導(dǎo)電劑，為開發(fā)具有更高體積能量密度和改進(jìn)耐用性的電池提供了有前景的解決方案。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Enhancing Volumetric Energy Density of LiFePO₄?Battery Using Liquid Metal as Conductive Agent

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202409230