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马里兰大学王春生Chem:原位形成聚合物-无机固体电解质界面助力聚合物固态锂金属电池,中国橡胶网,zimite.com
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马里兰大学王春生Chem:原位形成聚合物-无机固体电解质界面助力聚合物固态锂金属电池
2021年07月14日    阅读量:     新闻来源:中国橡胶网 zimite.com  |  投稿

锂金属电池被认为是最有前景的锂离子电池替代品,以满足电动汽车和可再生能源市场不断增长的需求。其中,使用不可燃无机或有机固态电解质(SSE)的固态锂金属电池(SSLB)已成为下一代储能器件的研究热点。SSLB不仅能提供高能量/功率密度,还能消除由于高度易燃有机溶剂而引起的安全问题中国橡胶网zimite.com。与刚性和脆性无机SSE相比,有机锂导电聚合物电解质柔软而有弹性,从而缓解了循环过程中应力/应变变化引起的界面问题。然而,几乎所有的聚合物电解质都表现出有限的锂离子电导率、锂负极的不稳定性和狭窄的电化学窗口(<4 V),这限制了它们在高压锂金属电池中的应用。最近的研究表明,基于复合聚合物电解质(CPE)薄膜的对称锂电池只能在0.2-0.5 mA cm-2下进行有限时间的循环。此外,与无机SSE类似,大多数CPE总是遭受严重的锂枝晶渗透、死锂形成以及由于不稳定的界面形成而导致的界面电阻不断增加,从而使其难以开发具有高能量密度和安全性的实用聚合物电池。

鉴于此,马里兰大学王春生教授系统地研究了PVDF基CPE与Li金属之间由于表面接触不足、化学/电化学不稳定性和Li枝晶生长而产生的界面问题。并通过在CPE膜上引入氟化盐富集的夹层来原位设计富含LiF的无机固体电解质界面(SEI),从而解决了上述挑战。

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文章亮点:

1. 通过一步紫外(UV)固化工艺在CPE的两侧构建富含锂盐的交联聚合物夹层,以稳定锂负极和高压富镍正极。刚柔并济的CPE有助于适应电极的体积变化,而聚合物高浓度电解质(PHCE)表面层通过阴离子还原形成稳定的富含LiF的SEI,从而调节锂离子通量。

2. 设计的CPE-PHCE具有增强的离子电导率和 >5.0 V(相对于Li/Li+)的高氧化稳定性。此外,它显着降低了界面电阻并实现了4.5 mA cm-2的高临界电流密度。结果,由薄CPE-PHCE膜(<100 μm)和无钴LiNiO2正极组成的SSLB具有出色的电化学性能和长循环稳定性。

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图1 利用紫外光固化PHCE薄层进行无机富SEI界面设计的实例


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图2 CPE和CPE-PHCE电解质的物理特性

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图3 固态电池性能



标签:化工应用技术中心今日头条精细化学品聚合物塑料
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