我國學者攻克固態(tài)鋰電池電極-電解質(zhì)瓶頸
來源：寶鄂實業(yè)
2020-01-18 21:45
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我國學者克服固態(tài)鋰電池電極-電解質(zhì)的瓶頸
核心提示:由于使用有機液體電解質(zhì)，傳統(tǒng)鋰離子電池普遍易燃，能量密度難以進一步改善等問題。與有機液體電解質(zhì)相比，固體電解質(zhì)大多不易燃，降低甚至消除了電池著火的風險，同時具有更寬的電化學穩(wěn)定窗口，允許更高的正負電極電壓組合來增加電池的能量密度。然而，主電極材料也是固體的。如果用固體電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)，電極與電解質(zhì)之間很難形成像固液界面那樣緊密而充分的接觸，這將嚴重影響電極與電解質(zhì)之間鋰離子傳輸?shù)男?。這個瓶頸是固態(tài)電池最難克服的挑戰(zhàn)之一。
記者從中國科技大學(科大),馬(馬馬馬)教授的研究小組和團隊nanchewen院士、清華大學合作準備復合陽極的性能與傳統(tǒng)的粘貼涂料正電極,為克服瓶頸提供一個新想法在固體電極和電解質(zhì)之間接觸不良的電池。研究結(jié)果發(fā)表在《國際材料科學雜志》上。
由于使用有機液體電解質(zhì)，常規(guī)鋰離子電池普遍易燃，能量密度難以進一步提高。與有機液體電解質(zhì)相比，固體電解質(zhì)大多不易燃，降低甚至消除了電池著火的風險，同時具有更寬的電化學穩(wěn)定窗口，允許更高的正負電極電壓組合來增加電池的能量密度。然而，主電極材料也是固體的。如果用固體電解質(zhì)代替液體電解質(zhì)，電極與電解質(zhì)之間很難形成像固液界面那樣緊密而充分的接觸，這將嚴重影響電極與電解質(zhì)之間鋰離子傳輸?shù)男省＿@個瓶頸是固態(tài)電池最難克服的挑戰(zhàn)之一。
利用電子顯微鏡研究鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的固體電解質(zhì)時，研究人員發(fā)現(xiàn)，作為高性能電極材料的富鋰層狀氧化物的結(jié)構(gòu)可以與鈣鈦礦結(jié)構(gòu)形成外延界面，從而在原子尺度上形成緊密而充分的固-固接觸。對兩者外延界面的進一步分析表明，界面上每15個原子表面將形成失配位錯，釋放累積的應變。這種機制導致外延界面，不需要電極和電解質(zhì)具有類似的晶格大小，但可以在廣泛的層狀和鈣鈦礦系統(tǒng)中出現(xiàn)。
將所得結(jié)果應用于材料的制備，制備了具有原子界面鍵合的電極-電解質(zhì)復合陽極材料，并對其性能進行了表征。結(jié)果表明，該方法制備的固-固復合電極中活性物質(zhì)與電解質(zhì)的結(jié)合接近固-液接觸，其比例不低于傳統(tǒng)漿液包覆工藝制備的固-液復合電極。
該方法為克服固態(tài)電池中電極-電解質(zhì)接觸差的瓶頸提供了新的思路。
