一种具有介电极化的不对称电解质,用于高能量密度固态金属电池
Yuezhen Mao1, Zihan Zhu1, Zhijun Zhang1
1School of Chemical & Environmental Engineering, China University of Mining and Technology-Beijing, Beijing, 100083, P. R. China.
富含氧气空位的LiNbO3纳米纤维增强了固态金属电池电解质,提高了离子导电性,并为先进的能量存储提供了稳定的循环. 这项创新解决了固态电池开发的关键挑战.
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
- 纳米技术 纳米技术
背景情况:
- 固态金属电池 (SSLMB) 提供高能量密度和安全性,但在复合固体电解质 (CSEs) 中具有低离子导电性时面临挑战.
- 基于7兰32氧化物 (LLZO) 的CSE具有前景,但实际应用需要改进的离子传输.
研究的目的:
- 为SSLMBs开发一种不对称的电解质,使用富含氧气空位的LiNbO3纳米纤维 (LNOV NFs) 作为填充物.
- 提高基于LLZO的CSEs的离子导电性和循环稳定性.
主要方法:
- 制造一个不对称的电解质 (PLLO-5%),包括聚乙烯化物-六烯),LNOV NFs,Li7La3Zr2O11.8F0.2 (LLZOF0.2) 和LiTFSI.
- 使用Li的电导率PLLO-5%的Li对称电池和LiFePO4和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2阴极电池进行离子导电性和电化学性能的表征.
- 密度函数理论 (DFT) 计算以阐明离子运输和LiTFSI解离的机制.
主要成果:
- 在室温下,PLLO-5%电解质实现了9.5 × 10^-4 S cm^-1的离子导电性.
- 基体PLLO-5%基体对称细胞表现出3800小时的超长周期稳定性.
- 完整的电池表现出极好的循环性能,在1500个循环后,一个LiParticlePLLO-5%的LiParticleLiFePO4电池在2C时保留了113.3 mAh g^-1和一个LiParticlePLLO-5%的LiParticleLiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电池在1000个循环后在1C时保持了74.1%的容量.
结论:
- 纳入LNOV NF有效地促进了统一的离子流和沉积,从而提高了SSLMB的离子导电性和稳定性.
- 不对称的电解质设计,阳极侧有LNOV NF,阴极侧有LLZOF0.2,为高性能SSLMBs提供了一个强大的平台.
- 这项研究提出了一个有前途的战略,以促进安全和高效的固态电池的发展.
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