-合金阳极的设计策略,以减轻硫化基全固态电池中的化学-机械降解
Minhyung Kim1, Min Ju Kim1, Yeong Seon Oh1
1Department of Materials Convergence System Engineering, Changwon National University, Changwon, Gyeongnam, 51140, Republic of Korea.
Advanced science (Weinheim, Baden-Wurttemberg, Germany)
|June 26, 2023
概括
全固态电池中的复合阳极能够在200个周期内稳定循环. 合金阳极的适当设计可以防止树的生长和化学机械故障,即使在高电压下也是如此.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 电池技术 电池技术
背景情况:
- 全固态电池 (ASSB) 提供了增强的安全性,但面临的挑战是界面稳定性和树突形成.
- 基于硫化酸 (Li3PS4,LPS) 的电解质由于其高离子导电性,对ASSB有希望.
- 在高切断电压 (>3.7V) 下循环ASSB可以导致电解质氧化和阳极降解.
研究的目的:
- 在高压条件下研究基于Li3PS4的ASSB的复合阳极的性能和稳定性.
- 了解阳极组合和-合金在防止降解和确保循环能力方面的作用.
- 为了评估硫酸 (LPS) 氧化还原行为的对整体细胞性能的影响.
主要方法:
- 制备两种类型的复合阳极:Li3PS4玻璃 + Li-Si合金 (1型) 和Li3N + LiF + Li-Si合金 (2型).
- 使用硫/LPS玻璃/碳复合阴极和Li3PS4玻璃电解质制造ASSB.
- 使用三电极系统测量阳极和阴极极化电阻的电化学表征.
- 使用飞行时间二次离子质谱法 (ToF-SIMS) 分析材料结构和成分.
主要成果:
- 1型和2型复合阳极电池都在3.7V下实现了稳定的循环 (>200个循环),没有电压噪声.
- 尽管LPS在高电压下发生氧化,但LPS的氧化还原行为在复合阳极电池中仍然在很大程度上是可逆的.
- ToF-SIMS分析显示,复合体阳极中均的Li-Si合金,增强了离子通路,并防止了树突的生长.
- 细胞性能和稳定性在1型和2型之间是相似的,尽管在1型中形成了减少产物.
结论:
- 复合合金阳极对于防止化学机械故障和使基于LPS的ASSB在电化学稳定性窗口之外能够稳定循环至关重要.
- 统一的-合金是维持离子通路和抑制树突形成的关键,即使在LPS氧化过程中供应过多的离子.
- 基于LPS的ASSB可以在高切断电压下实现LPS氧化还原的可逆循环,如果通过阳极设计有效防止不均合金和树突成长.
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