高离子导电,自我愈合,Li10GeP2S12-填充复合体固体电解质,基于可逆互锁的宏分子网络,用于具有改善循环稳定的金属电池
Zi Xin Huang1, Ting Zhang1, Ze Ping Zhang1
1Key Laboratory for Polymeric Composite and Functional Materials of Ministry of Education, GD HPPC Lab, IGCME, School of Chemistry, Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275, P.R. China.
ACS applied materials & interfaces
|July 31, 2024
概括
这项研究开发了使用Li10GeP2S12 (LGPS) 和聚乙烯氧化物 (PEO) 网络的自愈陶聚合物复合体固体电解质 (CSEs). 这些先进的CSE为更安全的金属电池提供高离子导电性和稳定性.
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:
- 陶聚合物复合物固体电解质 (CSEs) 结合了陶和聚合物电解质的优势,以提高性能.
- 现有的CSE在离子导电性,稳定性和机械性能方面面临挑战,这限制了它们在金属电池中的应用.
- 开发具有自我愈合能力的固体电解质对于改善电池寿命和安全至关重要.
研究的目的:
- 通过将Li10GeP2S12 (LGPS) 陶颗粒纳入基于聚乙烯氧化物 (PEO) 的可逆互锁聚合物网络 (RILNs) 来合成新的自我修复的CSE.
- 调查互锁架构和LGPS整合对离子导电性,机械性质和电化学稳定性的影响.
- 评估金属电池中开发的CSEs的自我愈合能力和性能.
主要方法:
- 通过对PEO网络的拓重排制制造CSE,这些网络与可逆的imini和二硫化物键交叉连接,并包含LGPS粒子.
- 电离电导率的表征,离子转移数,电化学稳定性窗口和CSEs的机械性质.
- 组装和测试Li/CSE/LiFePO4电池,以评估循环性能和自我修复对电池完整性的影响.
主要成果:
- 使用15%重量LGPS的CSE在25°C时实现了高离子导电性 (1.06 × 10^-3 S cm^-1) 和高离子转移数 (∼0.6).
- 互锁架构和LGPS粒子增强了无形相含量,抑制了结晶,并提高了机械强度 (0.63 MPa,377%).
- 该CSE表现出广泛的电化学稳定性窗口 (>4.9V),稳定的阳极接口,并展示了自我修复能力,在损坏后恢复性能.
结论:
- 使用LGPS开发的基于RILN的CSE显示出出色的离子导电性,机械性能和电化学稳定性,适用于环境温度操作.
- 核心电池的内在自我修复能力显著提高了组装的金属电池的结构完整性和循环性能.
- 这项工作为制造下一代金属电池的坚固和可治愈的固体电解质提供了一个有前途的战略.
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