如何抑制充放電過(guò)程中鋰枝晶的生長(zhǎng)?
2016年08月11日 8:46 4644次瀏覽 來(lái)源: 低維材料 分類: 鋰
目前廣泛使用的鋰離子電池采用可燃的液態(tài)電解質(zhì),在充放電過(guò)程中可與鋰離子發(fā)生不可逆反應(yīng),形成固體電解質(zhì)界面膜(Solid electrolyte interphase,SEI)。該過(guò)程不僅導(dǎo)致活性物質(zhì)和電解質(zhì)的損失,而且降低了庫(kù)倫效率。
另外,充放電過(guò)程中鋰枝晶的生長(zhǎng)容易刺破隔膜,造成安全隱患。為了提高鋰離子電池的能量密度和安全性,選用固態(tài)電解質(zhì)制備全固態(tài)鋰離子電池已成為研究熱點(diǎn)。
科學(xué)家們已經(jīng)研究了各種有機(jī)、無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì),但由于各自的不足,一直未得到廣泛應(yīng)用。陶瓷電解質(zhì)具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和較高的離子遷移數(shù),但較大的固-固界面阻礙了離子傳輸。
而且與傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)相比,鋰金屬的形核和生長(zhǎng)更容易在陶瓷晶體晶界處發(fā)生。對(duì)常用的聚合物電解質(zhì)PEO來(lái)說(shuō),只有在溫度高于熔點(diǎn)時(shí)(62℃),才具有較好的離子傳導(dǎo)性。
在充電過(guò)程中,較低的離子傳導(dǎo)使得在鋰/聚合物界面形成雙電層,加速了鋰枝晶的形核和電解質(zhì)的分解。該工作將兩種電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合,制備三明治結(jié)構(gòu)(polymer/ceramic/polymersandwich electrolyte, PCPSE)固態(tài)電解質(zhì),并通過(guò)全固態(tài)鋰離子電池驗(yàn)證其有效性。
實(shí)驗(yàn)選用CPMEA(poly(ethylene glycol) methyl etheracrylate)作為聚合物層,Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)作為陶瓷層。Li/LiFePO4全固態(tài)電池測(cè)試結(jié)果表明,與純聚合物電解質(zhì)相比,該三明治結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì)可提高鋰離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。
在0.51mAcm-2電流密度下,經(jīng)640次循環(huán)后容量仍保持102mAh/g。當(dāng)電流密度增至1mAcm-2,仍可保持105mAh/g的比容量。在0.2C~0.6C倍率范圍內(nèi),電池庫(kù)倫效率幾乎保持99.9± 0.1%。優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性也證明該P(yáng)CPSE可有效抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。綜上,該工作設(shè)計(jì)了一種有效的三明治結(jié)構(gòu)固態(tài)電解質(zhì),并提出抑制鋰枝晶生長(zhǎng)的新思路,對(duì)固態(tài)電解質(zhì)和全固態(tài)鋰離子電池、鋰金屬電池的研究具有指導(dǎo)意義。
責(zé)任編輯:李峒峒
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