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        上海硅酸鹽所開發(fā)出新型納米復(fù)合結(jié)構(gòu)氟基固態(tài)電解質(zhì)


        來(lái)源:中科院網(wǎng)站

        [導(dǎo)讀]  二次電池是現(xiàn)代和未來(lái)大規(guī)模智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車和軍用電源不可或缺的儲(chǔ)能元件,當(dāng)前的鋰離子電池面臨著能量密度無(wú)法滿足電化學(xué)儲(chǔ)能需求,以及有機(jī)電解液可燃和泄漏致使存在安全隱患等諸多問題。

        中國(guó)粉體網(wǎng)訊  二次電池是現(xiàn)代和未來(lái)大規(guī)模智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車和軍用電源不可或缺的儲(chǔ)能元件,當(dāng)前的鋰離子電池面臨著能量密度無(wú)法滿足電化學(xué)儲(chǔ)能需求,以及有機(jī)電解液可燃和泄漏致使存在安全隱患等諸多問題。


        鋰金屬電池具有更高的能量密度,但面臨著鋰負(fù)極枝晶生長(zhǎng)等問題。固態(tài)鋰金屬電池由于能量密度和安全性的雙重潛在優(yōu)勢(shì),是下一代電化學(xué)儲(chǔ)能體系的研究熱點(diǎn)。


        作為關(guān)鍵組分的固態(tài)電解質(zhì)的性能優(yōu)劣很大程度上決定了固態(tài)電池能否成功運(yùn)行。傳統(tǒng)的氧化物和硫化物固態(tài)電解質(zhì)面臨著晶界電阻大、界面易鈍化、空氣中不穩(wěn)定以及電化學(xué)窗口窄等問題,因此開發(fā)新型固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)原型作為當(dāng)前電解質(zhì)體系的候選甚至替代者,具有迫切而重要的意義。


        氟系固態(tài)電解質(zhì)具有電化學(xué)窗口寬(理論預(yù)測(cè))、空氣穩(wěn)定性好、阻燃性好、鋰枝晶抑制潛力佳、機(jī)械加工性能好等優(yōu)勢(shì),然而卻面臨著室溫電導(dǎo)率偏低(室溫下為10-6-10-7 S/cm)、成熟的合成方案缺乏等問題。


        近日,中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員李馳麟帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)在氟基固態(tài)電解質(zhì)方面取得進(jìn)展,開發(fā)出一種納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的開框架富鋰相氟基固態(tài)電解質(zhì)Li3GaF6,并實(shí)現(xiàn)了對(duì)固態(tài)電池的成功驅(qū)動(dòng),相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際能源/材料類期刊Energy Storage Mater., 2020, 28, 37-46.上。


        該團(tuán)隊(duì)之前分析總結(jié)了鹵化策略在固態(tài)電池和鋰金屬電池研究中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)(Energy Storage Mater.,14,100-117,2018),針對(duì)SEI層中LiF體相導(dǎo)電率低的問題,他們從離子液體中合成富鋰相的冰晶石衍生物L(fēng)i3AlF6(室溫電導(dǎo)率高達(dá)~10-5 S/cm)作為固態(tài)電解質(zhì)添加劑,成功改善了SEI層的組分,抑制了鋰枝晶生長(zhǎng)(ACS Appl. Mater. Interfaces,10,34322-34331,2018)。在此基礎(chǔ)上,團(tuán)隊(duì)繼續(xù)采用低溫離子液體氟化的低能耗合成策略,成功制備了納米復(fù)合結(jié)構(gòu)的富鋰氟化物固態(tài)電解質(zhì)Li3GaF6,其特征表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)內(nèi)部具有開放性的離子通道,而且晶粒邊界具有離子液體修飾。


        在電解質(zhì)片中,離子液體被固化成納米絮狀物,并作為原位粘合劑粘合周圍的納米粒子和整個(gè)電解質(zhì)薄片,阻止電解質(zhì)片在電化學(xué)循環(huán)過程中的粉化和碎裂(特別在和電極的接觸界面處)。得益于界面處離子輸運(yùn)的增強(qiáng),優(yōu)化的Li3GaF6實(shí)現(xiàn)了氟系固體電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率的最高記錄(室溫下接近10-4 S/cm)。固態(tài)Li/Li3GaF6/LiFePO4電池在1 C高倍率下可成功運(yùn)行至少150次循環(huán)。這項(xiàng)研究為氟化固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)解析、納米調(diào)控以及界面改性等方面提供了重要的科學(xué)素材,為固態(tài)電池的激活提供了新的思路。


        (中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉)

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