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如何抑制充放电过程中锂枝晶的生长?

2021-07-04 09:28 已有人浏览
本文摘要:目前普遍用于的锂离子电池使用可燃的液态电解质,在充放电过程中可与锂离子再次发生不可逆反应,构成液体电解质界面膜(Solidelectrolyteinterphase,SEI)。该过程不仅造成活性物质和电解质的损失,而且减少了库伦效率。 另外,充放电过程中锂枝晶的生长更容易刺穿隔膜,导致安全隐患。为了提升锂离子电池的能量密度和安全性,搭配固态电解质制取全固态锂离子电池已沦为研究热点。 科学家们早已研究了各种有机、无机固态电解质,但由于各自的严重不足,仍然并未获得广泛应用。

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目前普遍用于的锂离子电池使用可燃的液态电解质,在充放电过程中可与锂离子再次发生不可逆反应,构成液体电解质界面膜(Solidelectrolyteinterphase,SEI)。该过程不仅造成活性物质和电解质的损失,而且减少了库伦效率。  另外,充放电过程中锂枝晶的生长更容易刺穿隔膜,导致安全隐患。为了提升锂离子电池的能量密度和安全性,搭配固态电解质制取全固态锂离子电池已沦为研究热点。

  科学家们早已研究了各种有机、无机固态电解质,但由于各自的严重不足,仍然并未获得广泛应用。陶瓷电解质具备一定的机械强度和较高的离子迁入数,但较小的宜-固界面妨碍了离子传输。  而且与传统液态电解质比起,锂金属的形核和生长更容易在陶瓷晶体晶界处再次发生。

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对常用的聚合物电解质PEO来说,只有在温度低于熔点时(62℃),才具备较好的离子传导性。  在电池过程中,较低的离子传导使得在锂/聚合物界面构成双电层,加快了锂枝晶的形核和电解质的分解成。该工作将两种电解质的优点结合,制取三明治结构(polymer/ceramic/polymersandwichelectrolyte,PCPSE)固态电解质,并通过全固态锂离子电池检验其有效性。

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  Figure1.(a)Illustrationofall-solid-statebatterydesignwiththePCPSEelectrolyte.(b)StructureofpolymerCPMEA.  实验搭配CPMEA(poly(ethyleneglycol)methyletheracrylate)作为聚合物层,Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)作为陶瓷层。Li/LiFePO4全固态电池测试结果表明,与显聚合物电解质比起,该三明治结构固态电解质可提升锂离子电池的循环稳定性和倍率性能。  在0.51mAcm-2电流密度下,经640次循环后容量仍维持102mAh/g。

当电流密度减至1mAcm-2,仍可维持105mAh/g的比容量。在0.2C~0.6C倍率范围内,电池库伦效率完全维持99.90.1%。出色的循环稳定性也证明该PCPSE可有效地诱导锂枝晶生长。  Figure2.ChargeanddischargevoltageprofilesofLi/LiFePO4cellswithCPMEAandCPMEA?LATP-basedPCPSEat0.2C(a)and0.5C(b).(c)CyclingandCrateperformanceoftheLi/LiFePO4cellswithCPMEAandCPMEA?LATP-basedPCPSE.  综上,该工作设计了一种有效地的三明治结构固态电解质,并明确提出诱导锂枝晶生长的新思路,对固态电解质和全固态锂离子电池、锂金属电池的研究具备指导意义。


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本文来源:一号电竞-www.tcslsoft.com

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