聯系我們  |  網站地圖  |  English   |  移動版  |  中國科學院 |ARP
首頁 簡介 管理部門 科研部門 支撐部門 研究隊伍 科研成果 成果轉化 研究生教育 黨建與創新文化 科普 信息公開 OA系統
科技信息
石墨烯納米袋顯著減少氫燃...
高集成度、可定制微型超級...
我科學家發現碳包覆層可提...
科學家揭秘亞晶格尺度下晶...
美科研團隊研發可實現類腦...
瑞典科研人員發明納米流體...
Small:新型超硬材料——...
Small Structures:納米材...
Small Structures:表皮納...
科學家首次改變單分子內原...
高集成度、可定制微型超級...
科學家開發出新型體內監測...
研究人員開發3D打印玻璃微...
科研人員設計出新型光動力...
研究人員通過人工智能框架...
現在位置:首頁>新聞動態>科技信息
Advanced Functional Materials:異質納米域固態電解質助力超長壽命全固態鋰金屬電池
發布時間: 2022-08-25 10:51 | 【 【打印】【關閉】

【研究背景】

  新型能源技術的有效開發和大規模應用將給全球能源格局帶來革命性的調整。固態鋰金屬電池作為新興儲能系統的候選者之一有望提高電池安全性能與能量密度,而開發超薄、高強度的固態電解質是該領域亟需解決的關鍵問題之一。通過在聚合物全固態電解質中構筑異質納米域能夠有效地增強離子電導率并提高機械強度、改善界面穩定性,從而推動超薄、高強度固態電解質的發展,以期實現固態鋰金屬電池的實用化。

【文章簡介】

  近日,滑鐵盧大學陳忠偉院士與華南師范大學王新教授合作提出了采用聚醚酰胺嵌段共聚物(Pebax)構筑異質納米域電解質(HNEs)用于超長壽命全固態鋰金屬電池(ASSLBs)的策略。Pebax HNEs材料具有相互連通、快速Li+傳導的納米域,并展現出色的電化學性能:循環壽命超過1500圈,每循環的容量衰減率僅為0.013%,該研究有望為設計高性能固態電解質提供新的思路。

【本文要點】

  1. Pebax由聚氧乙烷(PEO)“軟鏈”和聚酰胺(PA)“硬鏈”構成,具有良好的機械性能,通過溶劑蒸發誘導相分離可形成具有高Li+傳導性的PEO納米域。

  2. Pebax HNEs中引入LiTFSI可調節PEO納米域的有序性;其次,PA鏈可與LiTFSI中的陰離子形成弱配位并固定陰離子,從而增強鋰鹽解離并釋放更多的自由Li+。

  3. 連通且具有高傳導特性的PEO納米域,可促進Li+的快速傳導、均勻沉積等。此外,形成的薄且致密的有機-無機復合固體電解質界面(SEI)層,以及Pebax HNEs良好的機械強度,可協同抑制枝晶生長,實現無枝晶的鋰金屬負極。

  4. 基于以上特點,以磷酸鐵鋰(LFP)為正極組裝的ASSLBs展現出卓越的循環穩定性:0.5 C下,循環1560次后仍具有超過80%容量保持率。

  
圖1 Pebax HNEs的物理化學性質

  制備的Pebax HNEs通過相分離形成納米域,PEO納米域間相互連通形成快速的Li+傳導通道。該電解質具有良好的機械柔韌性,卓越的熱耐受度(熔融溫度達123 ℃)且具有無定型態的PEO,這有助于電解質獲得高機械性和高Li+傳導性能。

  
圖2 Pebax HNEs內Li+化學微環境及傳導模擬

  通過LiTFSI含量可調節PEO納米域的有序性,并影響Li+傳導特性,最終獲得較高的離子傳導性(在60℃下為4×10-4 S cm-1)。通過固態核磁及分子動力學模擬等證明Pebax HNEs中PA鏈段通過弱靜電作用促進LiTFSI解離,釋放出更多的自由Li+。弛豫時間、動力學參數及模擬快照等證明了相比于均相PEO,Pebax HNEs中PEO納米域展現出更優越的Li+傳導性能。

  
圖3 對稱電池循環性能及物理表征

  通過臨界電流密度測試,可知Pebax HNEs可耐受0.4mA cm-2,而PEO無法耐受此電流密度。此外,在電流密度為0.1 mA cm-2時 Pebax HNEs可穩定循環超過3200h(PEO僅循環170h即出現短路情況)。其次,通過Li//Cu沉積研究發現,相比于PEO,Pebax HNEs可有效抑制電解質與Li間的副反應,且PA鏈段的存在并沒有顯著增加其成核能壘。通過對循環50圈的對稱電池(0.1 mA cm-2)研究發現,循環后Pebax HNEs平坦、透明且完整;循環后的鋰金屬表面相對光滑;結合非原位同步輻射CT,證明具有均勻、連通納米域的Pebax HNEs有利于Li+均勻沉積并有效抑制鋰枝晶生長。

  
圖4 鋰負極表面化學表征

  本研究借助X射線光電子能譜(XPS)和飛行時間二次離子質譜(TOF-SIMS)表征Li表面SEI化學組成。通過XPS光譜可發現典型的LiF、Li2S和Li3N峰,這些組分被認為是SEI的核心組分,可穩定Li+沉積;其中Li@ Pebax HNE (12)中Li3N被認為是來自PA鏈段中-N-C=O的降解;隨著測試深度進行,可發現LiOR的存在,證明形成的SEI具有有機-無機復合特性。隨后,TOF-SIMS證明了Li@Pebax HNE (12)表面形成的SEI具有超薄、致密、均勻的特點,這有助于Li+在SEI中低阻力的傳導,這也證實了具有PEO納米域的Pebax HNEs有助于Li+均勻沉積。

  
圖5 全固態鋰金屬電池性能

  由Pebax HNEs及LFP組裝的ASSLBs表現出優異的綜合性能,包括穩定的倍率恢復性能、超長循環壽命、卓越容量保持能力(0.5 C、60 ℃,1560 cycle容量保持80%;1 C、90 ℃,800 cycle容量保持74.2%;)以及高庫倫效率(99.9%)。此外,在高載量(≈7.1 mg cm?2,≈1 mAh cm?2)、0.2 C條件下評估了ASSLBs的充放電穩定性,該高載量電池表現出良好的循環性能及卓越的容量保持率(200圈,93%)。與此同時,該固態電解質可與三元鋰正極材料相匹配,有望進一步提升其能量密度。最后,其袋式電池的安全性也得到了驗證,在彎曲、穿刺、剪切等苛刻情況下可保證電子時鐘的穩定工作,證實了其在實際應用中的巨大潛力。

  文章來源:materialsviewschina

  特別聲明:本文轉載僅僅是出于傳播信息的需要,并不意味著代表本網站觀點或證實其內容的真實性;如其他媒體、網站或個人從本網站轉載使用,須保留本網站注明的“來源”,并自負版權等法律責任;作者如果不希望被轉載或者聯系轉載稿費等事宜,請與我們接洽。 

版權所有 中國科學院上海硅酸鹽研究所 滬ICP備05005480號-1
長寧園區地址:上海市長寧區定西路1295號 電話:86-21-52412990 傳真:86-21-52413903 郵編:200050
嘉定園區地址:上海市嘉定區和碩路585號  電話:86-21-69906002 傳真:86-21-69906700 郵編:201899
国产乱人伦真实精品视频,国产亚洲精品AA片在线爽,国产粉嫩馒头无套内在线观看,国产在线一区二区三区AV_第1页