一个通过现场聚合三甲基酸盐和乙烯碳酸盐构成的接口层,使耐用固态金属电池成为可能

科学领域:

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• 固态电池 固态电池是什么

背景情况:

• 基于石榴石的复合固体电解质 (CSEs) Li$_{7}$La$_{3}$Zr$_{2}$O$_{12}$ (LLZO) 显示出由于其高离子导电性和灵活性,对固态电池有希望.
• 在LLZO CSEs和金属阳极之间的界面不稳定性导致树的生长和副作用,阻碍了电池的性能和安全性.
• 现有的接口工程策略往往无法解决阳极和阴极接口的复杂挑战.

研究的目的:

• 开发一种新的现场聚合界面层 (TPELL层),以减轻石榴石基固态金属电池的界面不稳定性.
• 研究共聚合三甲基酸盐 (TMP) 和乙烯碳酸盐 (EC) 对金属阳极/电解质接口的影响.
• 为了评估固态电池的性能提升,在阳极和阴极接口上使用这种TPELL层.

主要方法:

• 通过在金属阳极和LLZO CSE之间共聚化TMP和EC,构建了一个现场聚合的接口层 (TPELL层).
• 将LiPF_{6}$纳入接口层,以进一步稳定金属阳极.
• 制造和测试了LiFePO_{4}$和LiFeCo_{0.1}$的固态电池,采用修改后的CSE,进行电化学循环和尸体分析.

主要成果:

• TPELL层有效调节了溶剂结构,增强了Li$^{+}$协调,并提高了接口的机械强度.
• 在1C的750个循环后,LiFePO电池显示93.83%的容量保留;在0.5C的350个循环后,LiFePO电池保持了130.1 mAh的电容.
• 循环后分析显示,来自TPELL组件的稳定阴极电解质间相 (CEI),抑制过渡金属溶解并降低界面电阻.

结论:

• 在TMP和EC的现场聚合形成了一个强大的多功能接口层,显著提高了固态金属电池的稳定性和性能.
• 这一策略有效地解决了持续的电极/电解质接口挑战,通过促进密切接触和在阳极和阴极形成保护接口.
• 开发的TPELL层为高能量密度固态金属电池的实际应用提供了一个有前途的途径.