在全固态电池中,用于稳定的接口和状物生长抑制的分层聚合物堆叠
Long Hu1, Xue Gao1, Ziyong Li1
1School of Materials Science and Engineering, Guangdong Provincial Key Laboratory of Advanced Energy Storage Materials, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China.
ACS applied materials & interfaces
|August 4, 2023
概括
一种新的三明治结构复合聚合物电解质 (三明治-CPE) 提高了固态电池的性能. 这种PEO-TiN/PEO-LiYF4/PEO-TiN电解质提高了离子导电性和循环稳定性,减少了树状石的形成.
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
- 聚合物科学 聚合物科学
背景情况:
- 固态电池 (SSLB) 需要具有高离子导电性和稳定的电解质.
- 基于聚乙烯氧化物 (PEO) 的电解质经常患有较差的离子导电性和树形成.
- 开发强大的电解质对于推进高性能和安全的能量储存至关重要.
研究的目的:
- 为了提高基于PEO的固态电池的离子导电性和循环稳定性.
- 开发一种新的三明治结构复合聚合物电解质 (三明治-CPE) 以提高性能.
- 调查PEO-TiN和PEO-LiYF4组件对树抑制和电化学兼容性的影响.
主要方法:
- 用PEO-TiN和PEO-LiYF4层制造一个三明治结构的复合聚合物电解质 (三明治-CPE).
- 三明治-CPE的离子导电性和潜在窗口的表征.
- 使用LiFePO4,LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和Li3V2(PO4) 3阴极与三明治CPE进行SSLB的电化学测试.
- 对树形成和抑制机制的分析.
主要成果:
- 三明治-CPE在30°C时实现了1.7 × 10^-4 S cm^-1的离子导电率和一个宽的电位窗口 (0-5.0 V).
- 添加PEO-TiN促进了Li3N的形成,有效地减少了树的生长,并作为牺牲层.
- SSLB 显示出极好的循环稳定性: LiFePO4 (113.8 mA h g^-1 在 300 个循环后 30 °C), LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (300 个循环后 45 °C 的保留率为 71.4%) 和 Li3V2(PO4) 3 (在 500 个循环后 60 °C 的保留率为 81.6%).
结论:
- 开发的三明治-CPE对SSLB具有优越的电化学兼容性.
- 独特的结构有效地抑制了树突,提高了电池的安全性和寿命.
- 这种复合电解质使各种阴极材料在不同的操作条件下具有高可逆容量和稳定的循环.
