batterie spécifique d'énergie continue d'augmenter, le nickel classique à haute + système de matériau de carbone de silicium peut se faire jusqu'à environ l'énergie 350Wh / kg spécifique, continuer à augmenter l'énergie spécifique a besoin d'utiliser le nouveau système, le système commun courant à haute énergie spécifique comprend un plein métal solide cellules Li, Li / batteries de soufre et Li / batteries de l'air, à partir du niveau de la technologie actuelle, les batteries Li métalliques tout solide sont les plus susceptibles prochaine génération de batteries d'énergie spécifique élevée. pour la batterie à l'état solide complète, l'électrolyte solide est technologie clé, électrolyte solide générale Li + conductivité inférieure à la température ordinaire, affecter les performances de la batterie. en vue d'augmenter la conductivité de l'électrolyte à l'état solide, ont été mis au point divers types d'électrolyte à l'état solide, dans lequel un électrolyte à l'état solide de type grenat La conductivité à la température ambiante peut atteindre 10-4-10-3S / cm, avec électrolytes liquides de carbonate commun 10-2S / cm est très proche, c’est un électrolyte tout solide idéal, mais l’électrolyte grenat fait également face à une couche inerte superficielle (LiOH, Li 2CO 3) Avec métal faible mouillabilité Li, Li croissance métal Dendrite aux joints de grains, la résistance interfaciale et d'autres questions. Weidong Zhou récemment à l'Université de Pékin (premier auteur, auteur correspondant), Université du Texas à Austin Yutao Li (Auteur correspondant ), John B Goodenough (auteur correspondant) en appliquant une couche de Li à la surface de l'électrolyte grenat +0,9 nombre de transport de la manière électrolytique polymère inhibe la croissance de dendrites métalliques Li, et réduit la résistance interfaciale, augmentée à 97% de sorte que le rendement faradique de la première cellule de métal tout-solide, le cycle rendement faradique proche de 100%.
L’interface de l’électrolyte solide grenat ne mouille pas, la croissance de la dendrite de Li et un mauvais contact d’interface, et les bonnes propriétés mécaniques de l’électrolyte polymère en font un moyen efficace de résoudre ce problème. L’électrolyte polymère habituel ne contient pas de sel de Li. Par conséquent, il est nécessaire d’ajouter un sel de lithium tel que LiTFSI, mais le nombre de migration de Li + a tendance à être relativement faible (par exemple, 0,35), de sorte que les anions s’accumulent du côté de l’électrode positive pendant la charge, générant ainsi un fort champ électrique, affectant Li +. Diffusion, accélère la croissance des dendrites de Li dans l'électrolyte de grenat et a une teneur élevée en Li +La migration de l'électrolyte polymère a moins d'anions mobiles, ce qui peut résoudre efficacement ce problème et améliorer les performances de l'électrolyte solide grenat.
La structure de l’électrolyte polymère utilisée dans l’expérience est illustrée ci-dessous (poly (acrylamide-2-méthyl-1-propanesulfonate) lithium lithium), dans laquelle seul Li est capable de se déplacer. +Le nombre de migration est également très élevé, atteignant environ 0. Afin d'améliorer encore les propriétés mécaniques et la conductivité Li + du PAS, les auteurs ont mélangé du PAS et du PEO (oxyde de polyéthylène), et l'interaction entre PEO et PAS a également favorisé le Li. +En vous déplaçant le long de la longue chaîne de PEO, vous pouvez voir ce dernier à partir de la figure suivante: La conductivité de l'électrolyte est la plus élevée à PAS = 3: 1, jusqu'à 1,8 x 10 à 65 ° C.-5S / cm, car il est conducteur d'un seul ion, donc Li +Le nombre de migrations atteint 0,87-0,95, ce qui indique que la grande majorité de la conductivité est déterminée par Li +Contribué, ceci est une aide positive pour réduire la polarisation, augmenter le grossissement et la performance du cycle.
Grenat électrolyte solide avec conductivité jusqu'à 4x10 à température ambiante-4S / cm, jusqu'à 1x10 à 65 ° C-3S / cm, mais son contact avec l'électrode négative en métal Li est médiocre, ce qui entraîne une impédance accrue. Weidong Zhou a donc combiné l'électrolyte grenat (450 µm d'épaisseur) à une couche d'électrolyte polymère PEO-PAS (environ 5 µm d'épaisseur), en raison de Le PEO-PAS est plus mince. Ainsi, bien que sa conductivité soit inférieure, l'impédance résultante est relativement faible et la conductivité Li + de l'électrolyte composite dans son ensemble peut atteindre 1,5 x 10.-4En même temps, grâce aux bonnes propriétés mécaniques du PEO-PAS, la résistance de contact entre l'électrode négative en métal Li et l'électrolyte solide est fortement réduite En l'absence de revêtement de polyélectrolyte, l'impédance d'interface Li / LLZTO / Li atteint 5 000 ohms. Une fois le revêtement de polymère ajouté à la surface d'électrolyte grenat, la résistance de l'interface est tombée à 400 ohms.
Le problème de la croissance des dendrites de Li le long des joints de grains au cours du cycle est un autre problème rencontré par les électrolytes à grenat solide. Les électrolytes à grenat solide ordinaires sont soumis à un cycle de fonctionnement dans des batteries Li / LLZTO / Li pendant 5 heures. Un court-circuit important s'est produit et l'électrolyte solide grenat traité par l'électrolyte polymère présente une performance de cycle très stable (comme le montre la figure ci-dessous, des densités de courant respectives de 0,1, 0,2, 0,3 et 0,5 mA / g). Le cycle inférieur est de 10 heures (charge 1h, puis décharge 1h)), l'électrolyte peut être soumis à un cycle stable pendant plus de 500 heures sans court-circuit.
La figure suivante montre les résultats des tests électrochimiques d'une batterie complète constituée d'électrolyte Li / grenat / LFP. Comme l'illustre la figure suivante a, la batterie complète présente un bon rendement et la capacité de l'électrode positive peut atteindre 145 mAh à une vitesse de 0,1 C. g, à un taux de 0,2 ° C, la capacité réversible de l'électrode positive atteint 140 mAh / g. Bien sûr, en raison de la forte impédance de la batterie tout solide, il subsiste un certain écart par rapport à la batterie à électrolyte liquide.Le premier efficacité de Coulomb de la batterie est visible. Jusqu'à 97%, et après 160 cycles à 0,2 ° C, la capacité réversible atteint toujours 137 mAh / g et l'efficacité coulombique de la batterie dans le cycle atteint 99,9%, ce qui indique que la batterie présente une bonne stabilité électrochimique. Le désassemblage, le dépôt en surface de l'anode en métal Li sont relativement uniformes et il n'y a aucune trace évidente de croissance de dendrite de Li (comme le montre la figure d suivante).
La conductivité électrique de l'électrolyte de grenat est aussi élevée que 10-3S / cm Weidong Zhou réduit efficacement la résistance de la charge de l'interface en modifiant la surface avec l'électrolyte polymère PAS-PEO et favorise également la distribution uniforme du courant. , empêchant ainsi de manière significative la croissance des dendrites de Li le long du joint de grain, évitant ainsi l’apparition de courts-circuits et améliorant considérablement la stabilité du cycle de la batterie dans son ensemble. Cette technologie améliore considérablement la praticité de l’électrolyte de grenat Le développement d'électrolytes est d'une grande importance.
