东华大学丁彬、闫建华《AM》:动态自适应固态界面助力固态锂金属电池!

 2021-02-22 15:53  84人阅读   双一流大学网

  锂金属阳极因具有最高的比容量和最低的阳极电位而成为锂金属电池(SSBs)的最佳选择。然而,由于锂金属的高活性,导致它会遭受严重的电解质腐蚀和粗糙的枝晶生长问题。目前,用高模量陶瓷固态电解质(SSE)代替液体电解质的策略可以解决锂金属阳极的上述问题。尽管在SSBs的研究中取得了重大进展,但循环过程中严重的固体界面接触损失仍然是阻碍其发展的一个挑战。虽然反应机理还不完全清楚,但是固-固界面特性被认为是影响局部动力学的关键因素。

  

东华大学丁彬、闫建华《AM》:动态自适应固态界面助力固态锂金属电池!


  鉴于此,来自于东华大学的丁彬教授、闫建华教授等人通过流延法将聚合物电解质砂浆(LiN(SO 2CF 3) 2,Li 6.75La 3Zr 1.75Al 0.25O 12纳米颗粒[LLZO NPs])和聚偏氟乙烯与聚四氟乙烯(PVDF-b-PTFE)的嵌段共聚物)制成具有多孔且坚韧的混合导体Li 0.33La 0.56TiO 3-x(LLTO)纳米纤维薄膜。该智能电解质膜具有良好相容性和自适应性,可以控制锂金属活性阳极的界面动力学,形成持久稳定的界面。该研究以题为“Solid-State Lithium Metal Batteries with Extended Cycling Enabled by Dynamic Adaptive Solid-State Interfaces” 的论文发表在最新一期《Advanced Materials》上。

  文章亮点:

  (1) 在镀锂过程中,电解质可以使界面电场均匀化并产生压电性,以促进均匀的锂沉积,同时砂浆能粘附在锂阳极上,在脱锂过程中不会发生界面崩解。

  (2) 电化学测试结果表明,该电解质与电极具有良好的相容性,在室温下具有很长的电化学循环性。组装成对称的Li//Li电池可以稳定运行1880h,且未形成枝晶,此外,将其用于LiFePO 4//Li电池中在550次循环中可提供高的库仑效率(>99.5%)和容量保持率(>85%)。

  (3) 该电解质具有5.3V的宽电化学窗口、高锂离子转移数(0.58)和1.38×10 −4 S cm -1的室温离子电导率。此外,高粘度、高弹性应变(600%)的砂浆对固态电解质(SSE)具有较好的支持作用。结果表明,SSE膜与两电极的结合强度都很高,采用简单的热压方法很容易形成完整的阴极/SSE/Li阳极界面。

  

东华大学丁彬、闫建华《AM》:动态自适应固态界面助力固态锂金属电池!


  图1 固态电解质膜制备流程图

  

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  图2 锂金属电池在室温的电化学性能测试

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202121084

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