第一作者：朱仁杰，劉淦雄

通訊作者：王超，黃云輝

通訊單位：同濟大學，華中科技大學

王超，同濟大學無機材料系特聘研究員，博士生導師，上海市海外高層次人才計劃入選者（2021）。研究方向：石墨烯材料，鋰硫電池，電化學儲能器件，金屬鋰負極，電催化，電化學方法在水處理方面的應用。（信息來源：https://mif.#edu.cn/info/1031/1657.htm）

黃云輝，華中科技大學教授、博導，校學術(shù)委員會副主任，國家杰出青年科學基金獲得者，國務院政府特殊津貼獲得者。主要研究領域包括鋰離子動力與儲能電池、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、低成本和長循環(huán)壽命而受到重視。然而，其低壓實密度限制了其在需要高體積能量密度的電池中的應用。

本研究探討了使用液態(tài)金屬（GaIn）納米粒子作為導電劑，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，提供了潤滑效果，從而實現(xiàn)了更致密的電極結(jié)構(gòu)，使LiFePO₄電極的孔隙率降低，實現(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，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

本論文的亮點在于成功應用液態(tài)金屬GaIn納米粒子作為LiFePO₄電池的導電劑，顯著提升了電池的體積能量密度。實驗結(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，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作為一種新型導電劑，為開發(fā)具有更高體積能量密度和改進耐用性的電池提供了有前景的解決方案。

文獻信息

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

期刊：Advanced Functional Materials

DOI：10.1002/adfm.202409230