离子液体启用高能量密度固态电池,具有高实际容量的阴极和支架支持的复合电解质

科学领域:

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背景情况:

• 固态电池 (SSLB) 承诺比传统的离子电池具有更高的能量密度和安全性.
• 关键的挑战包括厚厚的电解质,低离子导电性和高的界面电阻,限制了实际应用.
• 复合固体电解质 (CSEs) 通过结合不同的材料来克服这些局限性,提供了一个潜在的解决方案.

研究的目的:

• 为SSLB开发一种薄而高导电性复合体固体电解质 (CSE).
• 为了降低电解质和电极之间的界面电阻.
• 使用开发的CSE和厚厚的复合阴极,制造和评估一个高能量密度的SSLB.

主要方法:

• 使用聚乙烯支架,石榴石型Li$_{6.25}$La$_{3}$Zr_{2}$Ga$_{0.25}$O$_{12}$ (LLZGO) 氧化物和聚合物矩阵中的离子液体 (IL) 添加剂制造18微米厚的CSE.
• 在一个LiNi$_{0.8}$$Co$_{0.1}$Mn$_{0.1}$O$_{2}$ (NCM-811) 阴极中集成LLZGO和N--N-甲基pyrrolidinium bis{(trifluorosulfonyl) imide (PMP-TFSI) IL.
• 包括离子导电量测量在内的CSE的电化学表征,并测试组装的LiNi$_{0.8}$Co$_{0.1}$Mn$_{0.1}$O$_{2}$ (NCM-811) 和复合性阴极CSE धूप धूप धूपCSE धूप धूपLi电池.

主要成果:

• 在30°C时达到CSE离子导电率8.6 × 10^{-4}$ S cm^{-1}$,其中IL增强了Li^{+}$导电性并降低了界面电阻.
• 在一个 LiNi$_{0.8}$Co$_{0.1}$Mn$_{0.1}$O$_{2}$ (NCM-811) 电池中表现出了显著的充电放电性能.
• 开发了一种高质量载荷NCM-811阴极 (≈20毫克cm$^{-2}$),并在一个复合阴极灯泡CSE灯泡灯泡Li电池中实现了≈4mAhcm$^{-2}$的面积容量.
• 预计产生的无阳极袋细胞的能量密度为≈420 Wh kg$^{-1}$.

结论:

• 开发的支架支持的CSE与IL添加剂显著增强Li$^{+}$运输,并降低SSLB的界面阻力.
• 将LLZGO和IL集成到厚厚的NCM-811阴极中,可以实现高面积容量,并有助于高能量密度.
• 本研究提出了一种可扩展的策略,用于制造高性能,高能量密度的基于氧化物的SSLB.