高安全性および高温リチウム金属電池を強化する複合性SEIゲル電解質のインサイト統合設計

科学分野:

• 材料科学
• 電気化学
• ポリマー科学

背景:

• ポリマーベースのリチウム金属電池 (LMB) は,遅い反応運動と不安定なインターフェースで課題に直面しています.
• 既存の個々の電解質または固体電解質インターフェース (SEI) の戦略は不十分です.
• LMBにおけるこれらの限界を克服するために,統合されたアプローチが必要である.

研究 の 目的:

• 新しいゲルポリマー電解質 (GPE) を開発し,同時に安定した複合SEIを形成する.
• ポリマーベースのリチウム金属電池の電気化学性能と安全性を向上させる.
• SEI/GPEを統合するための簡単で普遍的な製造戦略を実証する.

主な方法:

• 熱誘導による in situ ポリメリゼーションによる,ポリ ((トリフローロエチルメタクリlate-co-4-oxo-5,8,11-trioxa-3-azatridec-12-en-1-yl アクリレート) 基のゲルポリマー電解質 (PTDA-GPE) の製造.
• 単一の有機-無機構造を持つ安定した複合SEIの同時形成.
• Li/PTDA-GPE/LiFePO4およびLi/PTDA-GPE/LiCoO2電池の電気化学試験,様々な温度下でのサイクル安定性およびポーチ電池の性能を含む.

主要な成果:

• PTDA-GPEは,強化されたLi +輸送運動 (30 °Cで1.34 mS cm-1),改善された機械的強度,燃焼阻害性,および拡張された電気化学窓 (4.8 V) を表しています.
• 統合された戦略は,微分化された吸収と再酸化特性を有する安定した複合SEIを生成します.
• バッテリーは,優れた長期サイクル安定性 (−20 °Cと60 °Cで1000サイクル以上) と高い容量保持性を示しています (それぞれ95%と80%).
• Li/PTDA-GPE/LiCoO2細胞は200サイクル後に98%の容量保持を示しています.
• 1.2 Ahのポーチ・セルは,安全性が向上し,悪用条件下で安定した出力電圧を示しています.

結論:

• 統合された設計戦略は,ポリマーベースのLMBの遅い運動とインターフェースの不安定性を効果的に対処します.
• 現場で製造されたPTDA-GPEと複合SEIは,優れた性能,安定性,安全性を提供します.
• この研究は,先進的なリチウム金属電池の電解質とインターフェースの有望で広く適用可能な方法を提示しています.