リチウムイオン電池用のポリアクリロニトリル基複合固体ポリマー電解質の室温での効率的なイオンナビゲーターとしての黒いリンナノシート

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• ポリマー科学

背景:

• 固体ポリマー電解質 (SPEs) は,加工可能性と柔軟性のために,全固体電池 (ASSB) に不可欠です.
• しかし,SPEsの低いイオン伝導性は,それらの実用的な適用を制限します.
• 複合ポリマー電解質 (CPE) は,機能的添加物を組み込むことで解決策を提供します.

研究 の 目的:

• 全固体電池 (SSB) のための高性能複合ポリマー電解質 (CPE) を開発する.
• ポリアクリロニトリル (PAN) ベースの電解質のイオン伝導性と電気化学的安定性を高める.
• PANベースのCPEにおける黒色リンナノシート (BPN) とSiO2ナノ粒子の相乗効果を調査する.

主な方法:

• ポリアクリロニトリル (PAN),黒いリンナノシート (BPN),SiO2ナノ粒子 (SO) を使用した三重複合物固体ポリマー電解質の製造.
• イオン伝導度測定と電気化学安定窓の決定を含む電気化学的特徴付け.
• コイン・セル (グラファイト/LiFePO4) とポーチ・セルを用いたバッテリー性能試験,サイクル安定性と速度能力を含む.
• イオン輸送メカニズムの解明のための計算モデル.

主要な成果:

• PAN-BPN-SO-LiClO4 CPEで4.41 × 10^-4 S cm^-1のイオン伝導性を達成し,PAN-LiClO4と比較して65倍増加しました.
• 高電圧カトッドに適した,最大4.68Vの電気化学的安定性ウィンドウを示した.
• 100サイクル後に良好な放電容量 (146 mAh g^-1 0.1C) と75%の容量保持を示した.
• 完全な細胞は高温で性能が向上し,袋細胞は優れた機械的柔軟性と安全性を示しました.

結論:

• PANベースの三重複合ポリマー電解質は,イオン伝導性と電気化学的安定性を著しく高めています.
• BPNとSOの相乗効果は,Li+の輸送を効果的に促進し,電解質の性質を改善します.
• この高度なCPEは 高性能で安全な全固体電池の開発に 大きな可能性を秘めています