高部分摩尔体积聚合物电解质用于升级的金属电池

科学领域:

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背景情况:

• 带有固体电解质的金属电池提供高能量密度,但患有树突增长,限制了循环稳定性.
• 理论模型表明,在电解质/金属接口上,高化学电位差 (∆μ) 驱动着树突石的形成,但实验验证尚缺.

研究的目的:

• 实验研究调节化学电位差 (∆μ) 对树生长的影响.
• 探索在聚合物电解质中操纵Li+ (V̄Li+) 的部分摩尔体积,作为减少∆μ的策略.

主要方法:

• 通过削弱 Li-O 协调结构,合成了一种高 Li+ 部分摩尔体积的聚合物电解质 (V̄Li+ = 108.5 cm3 mol-1).
• 与传统电解质相比,量化了化学电位差的减少 (∆μ = 289 J mol-1).
• 测试了Li的电池和Li的电池的循环稳定性,并评估了一个实用的Li的电池[Ni0.5Co0.3Mn0.2]O2电池.

主要成果:

• 实现了83%的界面∆μ下降,导致Li 子子Li细胞的稳定循环超过10个月,Li 子子Cu细胞>2000个循环,平均库伦比效率 (CE) 为96%.
• 一个0.62Ah的圆柱形Li水晶Li[Ni0.5Co0.3Mn0.2]O2电池表现出极好的循环稳定性,在0.2°C的85个循环中容量可以忽略不计.
• 证明了高V̄Li+在缓解树生长和提高电池性能方面的有效性.

结论:

• 通过操纵Li+ (V̄Li+) 的部分摩尔体积来调节界面化学电位差异 (∆μ) 是抑制树生长的可行策略.
• 这种方法显著提高了金属电池的循环稳定性和库伦比效率.
• 突出了下一代高能量密度电池中先进聚合物电解质的新设计策略.