保護充電機充電鋰離子電池負極陰離子固定的柔性復(fù)合電解質(zhì)有哪些？
2017-10-6 20:33:03??????點擊：
【導(dǎo)言】
金屬鋰有極高的理論容（3860 mAh g-1）與最低的電勢（-3.04 V vs. SHE），是下一代充電機充電蓄電池負極的極佳挑選。但是，鋰離子在從電解質(zhì)堆積至負極的進程中，不均勻堆積簡單構(gòu)成樹枝狀或苔蘚狀枝晶，不只下降了充電機充電蓄電池充放電進程中的庫倫功率，還存在安全隱患，大大約束了充電機充電金屬鋰電池的實踐應(yīng)用。
充電機充電金屬鋰電池一般運用有機液態(tài)電解質(zhì)，由于金屬鋰本征具有的高化學(xué)與電化學(xué)活性，有機液態(tài)電解液不可避免的與金屬鋰反響，構(gòu)成脆弱的固液界面膜，引發(fā)鋰離子的不均勻散布，消耗電解液，引發(fā)枝晶成長。
【效果簡介】
近日，清華大學(xué)張強研討團隊PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) 上發(fā)表文章，提出使用陰離子固定的無機陶瓷資料（鋁摻雜Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12, LLZTO）與有機聚合物資料（PEO-LiTFSI）構(gòu)筑柔性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)（PEO-LiTFSI-LLZTO, PLL）膜，按捺金屬鋰負極枝晶成長。復(fù)合電解質(zhì)中的陰離子（TFSI-）被聚合物基體和陶瓷填料捆綁，構(gòu)成了均勻散布的空間電荷層，進而引導(dǎo)鋰離子均勻散布，完成金屬鋰的無枝晶堆積。鋰鹽中陰離子與鋰離子的解離有助于下降聚合物結(jié)晶度，構(gòu)建了快速、安穩(wěn)的鋰離子傳輸通道。無機快離子導(dǎo)體LLZTO的加入將拓展聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)窗口，表現(xiàn)出極佳的電解質(zhì)-電極界面安穩(wěn)性與電化學(xué)循環(huán)功能。該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜在極高溫度下供給屏障，隔絕正負極短路，提高充電機充電蓄電池循環(huán)功率與安全性。
【圖文導(dǎo)讀】
金屬鋰負極外表鋰離子電化學(xué)堆積進程圖
（A）在陰離子固定的PLL復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中，鋰離子均勻堆積
（B）在陰離子未被固定的慣例電解質(zhì)中，易生成枝晶
圖：復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜描摹和結(jié)構(gòu)表征
（A，B）PLL復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)在平坦和曲折狀態(tài)下光學(xué)相片
（C，D）PLL復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)外表和側(cè)面的SEM相片，份額尺為10 μm
（E）不同電解質(zhì)的XRD衍射圖譜
復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中鋰離子分散性質(zhì)
（A）PLL復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)從20 oC到80 oC的Arrhenius圖畫。插圖為室溫下EIS圖譜
（B）不同電解質(zhì)的鋰離子遷移數(shù)
（C，D）有限元模仿結(jié)果。在不同陰離子固定份額的電解質(zhì)中，電堆積時離子濃度從負極外表到電解質(zhì)中濃度散布。其間（C）為開端堆積1.0 s后，（D）為穩(wěn)態(tài)
（E，F(xiàn)）金屬鋰在（E）PLL電解質(zhì)和（F）慣例電解質(zhì)中堆積描摹，份額尺為10 μm
電化學(xué)循環(huán)性質(zhì)
（A，B）全固態(tài)磷酸鐵鋰-充電機充電金屬鋰電池在60 oC下（A）循環(huán)功能及（B）充放電曲線
（C）對稱Li-Li充電機充電蓄電池在0.10 mA·cm?2充放電曲線
（D）全固態(tài)柔性NCM-金屬鋰軟包充電機充電蓄電池點亮LED燈泡
陰離子被聚合物鏈段與LLZTO顆粒固定
【總結(jié)與展望】
該作業(yè)提出使用柔性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜中PEO聚合物鏈段與LLZTO顆粒將陰離子固定，構(gòu)成了均勻的空間電荷層，引導(dǎo)鋰離子均勻散布，完成無枝晶的全固態(tài)金屬鋰負極。在充電機充電金屬鋰電池循環(huán)進程中，選用本復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)Li-Li對稱充電機充電蓄電池極化低至10 mV，并安穩(wěn)循環(huán)400小時，表現(xiàn)了極佳的電解質(zhì)-電極界面安穩(wěn)性。將復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)、金屬鋰負極、LiFePO4正極匹配構(gòu)建全固態(tài)充電機充電蓄電池，在60 oC下完成比容量高于150 mAh g-1。與LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 正極匹配拼裝軟包充電機充電蓄電池，充電機充電蓄電池在多種曲折狀態(tài)下均可正常作業(yè)。本作業(yè)供給了一種新的無枝晶充電機充電金屬鋰電池構(gòu)建戰(zhàn)略，為下一代安全、柔性充電機充電金屬鋰電池的開展供給了新思路。
金屬鋰有極高的理論容（3860 mAh g-1）與最低的電勢（-3.04 V vs. SHE），是下一代充電機充電蓄電池負極的極佳挑選。但是，鋰離子在從電解質(zhì)堆積至負極的進程中，不均勻堆積簡單構(gòu)成樹枝狀或苔蘚狀枝晶，不只下降了充電機充電蓄電池充放電進程中的庫倫功率，還存在安全隱患，大大約束了充電機充電金屬鋰電池的實踐應(yīng)用。
充電機充電金屬鋰電池一般運用有機液態(tài)電解質(zhì)，由于金屬鋰本征具有的高化學(xué)與電化學(xué)活性，有機液態(tài)電解液不可避免的與金屬鋰反響，構(gòu)成脆弱的固液界面膜，引發(fā)鋰離子的不均勻散布，消耗電解液，引發(fā)枝晶成長。
【效果簡介】
近日，清華大學(xué)張強研討團隊PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) 上發(fā)表文章，提出使用陰離子固定的無機陶瓷資料（鋁摻雜Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12, LLZTO）與有機聚合物資料（PEO-LiTFSI）構(gòu)筑柔性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)（PEO-LiTFSI-LLZTO, PLL）膜，按捺金屬鋰負極枝晶成長。復(fù)合電解質(zhì)中的陰離子（TFSI-）被聚合物基體和陶瓷填料捆綁，構(gòu)成了均勻散布的空間電荷層，進而引導(dǎo)鋰離子均勻散布，完成金屬鋰的無枝晶堆積。鋰鹽中陰離子與鋰離子的解離有助于下降聚合物結(jié)晶度，構(gòu)建了快速、安穩(wěn)的鋰離子傳輸通道。無機快離子導(dǎo)體LLZTO的加入將拓展聚合物電解質(zhì)的電化學(xué)窗口，表現(xiàn)出極佳的電解質(zhì)-電極界面安穩(wěn)性與電化學(xué)循環(huán)功能。該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜在極高溫度下供給屏障，隔絕正負極短路，提高充電機充電蓄電池循環(huán)功率與安全性。
【圖文導(dǎo)讀】
金屬鋰負極外表鋰離子電化學(xué)堆積進程圖
（A）在陰離子固定的PLL復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中，鋰離子均勻堆積
（B）在陰離子未被固定的慣例電解質(zhì)中，易生成枝晶
圖：復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜描摹和結(jié)構(gòu)表征
（A，B）PLL復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)在平坦和曲折狀態(tài)下光學(xué)相片
（C，D）PLL復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)外表和側(cè)面的SEM相片，份額尺為10 μm
（E）不同電解質(zhì)的XRD衍射圖譜
復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中鋰離子分散性質(zhì)
（A）PLL復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)從20 oC到80 oC的Arrhenius圖畫。插圖為室溫下EIS圖譜
（B）不同電解質(zhì)的鋰離子遷移數(shù)
（C，D）有限元模仿結(jié)果。在不同陰離子固定份額的電解質(zhì)中，電堆積時離子濃度從負極外表到電解質(zhì)中濃度散布。其間（C）為開端堆積1.0 s后，（D）為穩(wěn)態(tài)
（E，F(xiàn)）金屬鋰在（E）PLL電解質(zhì)和（F）慣例電解質(zhì)中堆積描摹，份額尺為10 μm
電化學(xué)循環(huán)性質(zhì)
（A，B）全固態(tài)磷酸鐵鋰-充電機充電金屬鋰電池在60 oC下（A）循環(huán)功能及（B）充放電曲線
（C）對稱Li-Li充電機充電蓄電池在0.10 mA·cm?2充放電曲線
（D）全固態(tài)柔性NCM-金屬鋰軟包充電機充電蓄電池點亮LED燈泡
陰離子被聚合物鏈段與LLZTO顆粒固定
【總結(jié)與展望】
該作業(yè)提出使用柔性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜中PEO聚合物鏈段與LLZTO顆粒將陰離子固定，構(gòu)成了均勻的空間電荷層，引導(dǎo)鋰離子均勻散布，完成無枝晶的全固態(tài)金屬鋰負極。在充電機充電金屬鋰電池循環(huán)進程中，選用本復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的全固態(tài)Li-Li對稱充電機充電蓄電池極化低至10 mV，并安穩(wěn)循環(huán)400小時，表現(xiàn)了極佳的電解質(zhì)-電極界面安穩(wěn)性。將復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)、金屬鋰負極、LiFePO4正極匹配構(gòu)建全固態(tài)充電機充電蓄電池，在60 oC下完成比容量高于150 mAh g-1。與LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 正極匹配拼裝軟包充電機充電蓄電池，充電機充電蓄電池在多種曲折狀態(tài)下均可正常作業(yè)。本作業(yè)供給了一種新的無枝晶充電機充電金屬鋰電池構(gòu)建戰(zhàn)略，為下一代安全、柔性充電機充電金屬鋰電池的開展供給了新思路。
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