保护充电机充电锂离子电池负极阴离子固定的柔性复合电解质有哪些？
2017-10-6 20:33:03 点击：
【导言】
金属锂有极高的理论容（3860 mAh g-1）与最低的电势（-3.04 V vs. SHE），是下一代充电机充电蓄电池负极的极佳挑选。但是，锂离子在从电解质堆积至负极的进程中，不均匀堆积简单构成树枝状或苔藓状枝晶，不只下降了充电机充电蓄电池充放电进程中的库伦功率，还存在安全隐患，大大约束了充电机充电金属锂电池的实践应用。
充电机充电金属锂电池一般运用有机液态电解质，由于金属锂本征具有的高化学与电化学活性，有机液态电解液不可避免的与金属锂反响，构成脆弱的固液界面膜，引发锂离子的不均匀散布，消耗电解液，引发枝晶成长。
【效果简介】
近日，清华大学张强研讨团队PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) 上发表文章，提出使用阴离子固定的无机陶瓷资料（铝掺杂Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12, LLZTO）与有机聚合物资料（PEO-LiTFSI）构筑柔性复合固态电解质（PEO-LiTFSI-LLZTO, PLL）膜，按捺金属锂负极枝晶成长。复合电解质中的阴离子（TFSI-）被聚合物基体和陶瓷填料捆绑，构成了均匀散布的空间电荷层，进而引导锂离子均匀散布，完成金属锂的无枝晶堆积。锂盐中阴离子与锂离子的解离有助于下降聚合物结晶度，构建了快速、安稳的锂离子传输通道。无机快离子导体LLZTO的加入将拓展聚合物电解质的电化学窗口，表现出极佳的电解质-电极界面安稳性与电化学循环功能。该复合固态电解质膜在极高温度下供给屏障，隔绝正负极短路，提高充电机充电蓄电池循环功率与安全性。
【图文导读】
金属锂负极外表锂离子电化学堆积进程图
（A）在阴离子固定的PLL复合固态电解质中，锂离子均匀堆积
（B）在阴离子未被固定的惯例电解质中，易生成枝晶
图：复合固态电解质膜描摹和结构表征
（A，B）PLL复合固态电解质在平坦和曲折状态下光学相片
（C，D）PLL复合固态电解质外表和侧面的SEM相片，份额尺为10 μm
（E）不同电解质的XRD衍射图谱
复合固态电解质中锂离子分散性质
（A）PLL复合固态电解质从20 oC到80 oC的Arrhenius图画。插图为室温下EIS图谱
（B）不同电解质的锂离子迁移数
（C，D）有限元模仿结果。在不同阴离子固定份额的电解质中，电堆积时离子浓度从负极外表到电解质中浓度散布。其间（C）为开端堆积1.0 s后，（D）为稳态
（E，F）金属锂在（E）PLL电解质和（F）惯例电解质中堆积描摹，份额尺为10 μm
电化学循环性质
（A，B）全固态磷酸铁锂-充电机充电金属锂电池在60 oC下（A）循环功能及（B）充放电曲线
（C）对称Li-Li充电机充电蓄电池在0.10 mA·cm−2充放电曲线
（D）全固态柔性NCM-金属锂软包充电机充电蓄电池点亮LED灯泡
阴离子被聚合物链段与LLZTO颗粒固定
【总结与展望】
该作业提出使用柔性复合固态电解质膜中PEO聚合物链段与LLZTO颗粒将阴离子固定，构成了均匀的空间电荷层，引导锂离子均匀散布，完成无枝晶的全固态金属锂负极。在充电机充电金属锂电池循环进程中，选用本复合固态电解质的全固态Li-Li对称充电机充电蓄电池极化低至10 mV，并安稳循环400小时，表现了极佳的电解质-电极界面安稳性。将复合固态电解质、金属锂负极、LiFePO4正极匹配构建全固态充电机充电蓄电池，在60 oC下完成比容量高于150 mAh g-1。与LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 正极匹配拼装软包充电机充电蓄电池，充电机充电蓄电池在多种曲折状态下均可正常作业。本作业供给了一种新的无枝晶充电机充电金属锂电池构建战略，为下一代安全、柔性充电机充电金属锂电池的开展供给了新思路。
金属锂有极高的理论容（3860 mAh g-1）与最低的电势（-3.04 V vs. SHE），是下一代充电机充电蓄电池负极的极佳挑选。但是，锂离子在从电解质堆积至负极的进程中，不均匀堆积简单构成树枝状或苔藓状枝晶，不只下降了充电机充电蓄电池充放电进程中的库伦功率，还存在安全隐患，大大约束了充电机充电金属锂电池的实践应用。
充电机充电金属锂电池一般运用有机液态电解质，由于金属锂本征具有的高化学与电化学活性，有机液态电解液不可避免的与金属锂反响，构成脆弱的固液界面膜，引发锂离子的不均匀散布，消耗电解液，引发枝晶成长。
【效果简介】
近日，清华大学张强研讨团队PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) 上发表文章，提出使用阴离子固定的无机陶瓷资料（铝掺杂Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12, LLZTO）与有机聚合物资料（PEO-LiTFSI）构筑柔性复合固态电解质（PEO-LiTFSI-LLZTO, PLL）膜，按捺金属锂负极枝晶成长。复合电解质中的阴离子（TFSI-）被聚合物基体和陶瓷填料捆绑，构成了均匀散布的空间电荷层，进而引导锂离子均匀散布，完成金属锂的无枝晶堆积。锂盐中阴离子与锂离子的解离有助于下降聚合物结晶度，构建了快速、安稳的锂离子传输通道。无机快离子导体LLZTO的加入将拓展聚合物电解质的电化学窗口，表现出极佳的电解质-电极界面安稳性与电化学循环功能。该复合固态电解质膜在极高温度下供给屏障，隔绝正负极短路，提高充电机充电蓄电池循环功率与安全性。
【图文导读】
金属锂负极外表锂离子电化学堆积进程图
（A）在阴离子固定的PLL复合固态电解质中，锂离子均匀堆积
（B）在阴离子未被固定的惯例电解质中，易生成枝晶
图：复合固态电解质膜描摹和结构表征
（A，B）PLL复合固态电解质在平坦和曲折状态下光学相片
（C，D）PLL复合固态电解质外表和侧面的SEM相片，份额尺为10 μm
（E）不同电解质的XRD衍射图谱
复合固态电解质中锂离子分散性质
（A）PLL复合固态电解质从20 oC到80 oC的Arrhenius图画。插图为室温下EIS图谱
（B）不同电解质的锂离子迁移数
（C，D）有限元模仿结果。在不同阴离子固定份额的电解质中，电堆积时离子浓度从负极外表到电解质中浓度散布。其间（C）为开端堆积1.0 s后，（D）为稳态
（E，F）金属锂在（E）PLL电解质和（F）惯例电解质中堆积描摹，份额尺为10 μm
电化学循环性质
（A，B）全固态磷酸铁锂-充电机充电金属锂电池在60 oC下（A）循环功能及（B）充放电曲线
（C）对称Li-Li充电机充电蓄电池在0.10 mA·cm−2充放电曲线
（D）全固态柔性NCM-金属锂软包充电机充电蓄电池点亮LED灯泡
阴离子被聚合物链段与LLZTO颗粒固定
【总结与展望】
该作业提出使用柔性复合固态电解质膜中PEO聚合物链段与LLZTO颗粒将阴离子固定，构成了均匀的空间电荷层，引导锂离子均匀散布，完成无枝晶的全固态金属锂负极。在充电机充电金属锂电池循环进程中，选用本复合固态电解质的全固态Li-Li对称充电机充电蓄电池极化低至10 mV，并安稳循环400小时，表现了极佳的电解质-电极界面安稳性。将复合固态电解质、金属锂负极、LiFePO4正极匹配构建全固态充电机充电蓄电池，在60 oC下完成比容量高于150 mAh g-1。与LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 正极匹配拼装软包充电机充电蓄电池，充电机充电蓄电池在多种曲折状态下均可正常作业。本作业供给了一种新的无枝晶充电机充电金属锂电池构建战略，为下一代安全、柔性充电机充电金属锂电池的开展供给了新思路。
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