Spezifische Energie-Batterie weiter, das herkömmliche Hoch Nickel + Silizium-Kohlenstoff-Materialsystem erhöhen getan bis zu etwa 350Wh / kg spezifischer Energie werden kann, weiterhin die spezifische Energie zu erhöhen, muss das neue System nutzen, das aktuelle gemeinsame hohe spezifische Energiesystem umfasst einen vollständigen massives Metall Li-Zelle, Li / Schwefel-Batterien und Li / Luft-Batterien, von der aktuellen Technologie-Ebene, sind die alle feste metallischen Li-Batterien die wahrscheinlichste nächste Generation von hohen spezifischen Energiebatterien. für Vollfestkörperbatterie, der Festelektrolyten Schlüsseltechnologie, allgemeiner Festelektrolyt Li + geringere Leitfähigkeit bei normaler Temperatur, beeinflusst die Batterieleistung., um die Leitfähigkeit des Festkörperelektrolyten zu erhöhen, werden verschiedene Arten von Festkörperelektrolyten, bei dem ein Granat-Typ-Festkörper-Elektrolyt entwickelt Leitfähigkeit bei Raumtemperatur kann 10 erreichen-4-10-3S / cm, mit üblichen Carbonatflüssigelektrolyten 10-2S / cm ist sehr nahe, es ist ein idealer Festelektrolyt, aber der Granatelektrolyt steht auch vor einer Oberflächeninertschicht (LiOH, Li 2CO 3) Mit schlechter Benetzbarkeit Metall Li, Li-Metall Dendritenwachstums an den Korngrenzen, Grenzflächenwiderstand und anderen Fragen. Weidong Zhou vor kurzem an der Universität Peking (ersten Autor, korrespondierender Autor), University of Texas in Austin Yutao Li (Entsprechendem Autor ), John B Goodenough (korrespondierender Autor), indem er eine Schicht Li auf die Oberfläche des Granatelektrolyten aufträgt +0.9 Transportzahl des Polymerelektrolyten Weise hemmt das Wachstum von Dendriten aus Metall Li, und verringert den Grenzflächenwiderstand, erhöhte sich auf 97%, so daß die Coulomb-Effizienz der ersten all-solid Metallzelle, Zyklus Coulombschen Wirkungsgrad von nahezu 100%.
Das Vorhandensein von nicht benetzenden garnet festen Elektrolyt-Grenzfläche, Li Dendritwachstum Probleme und schlechte Kontaktschnittstelle, einen Polymerelektrolyt und gute mechanische Eigenschaften, die es eine effektive Art und Weise zu machen, dieses Problem zu lösen, Polymer Elektrolyte enthalten im allgemeinen Li-Salz somit erfordert die Zugabe von LiTFSI, Lithiumsalz, aber es macht auch die Li + Übertragung Anzahl von oft relativ gering (z.B. 0,35), so dass der Prozess des Ladens der Anionen in der Seite ansammeln nahe an der positiven Elektrode, wodurch ein starkes elektrisches Feld zu erzeugen, um den Einfluss von Li + Diffusion, beschleunigt das Wachstum von Li Dendriten im Granatelektrolyt und hat eine hohe Li +Die Wanderung des Polymerelektrolyten weist weniger bewegliche Anionen auf, was dieses Problem effektiv lösen und die Leistung des Granatfestelektrolyten verbessern kann.
Die in dem Experiment verwendete Polymerelektrolytstruktur ist nachstehend gezeigt (Poly (acrylamid-2-methyl-1-propansulfonat) Lithium-PAS), in der sich nur Li bewegen kann, also Li +Die Überführungszahl ist hoch und erreicht etwa 0,9. Um die mechanischen Eigenschaften von PAS und Li + Leitfähigkeit, die mit dem PAS des PEO (Polyethylenoxid), PEO vermischt weiter zu verbessern und auch die Wechselwirkung des PAS Li fördert +Wenn man sich entlang der langen Kette von PEO bewegt, kann man PEO aus der folgenden Abbildung sehen: Die Leitfähigkeit des Elektrolyten ist am höchsten bei PAS = 3: 1, bis zu 1,8 × 10 bei 65 ° C.-5S / cm, weil es ein einzelnes Ion leitet, also Li +Die Anzahl der Migrationen ist so hoch wie 0,87-0,95, was anzeigt, dass die überwiegende Mehrheit der Leitfähigkeit durch Li bestimmt wird +Dies ist eine positive Hilfe, um die Polarisation zu reduzieren, Vergrößerung und Zyklusleistung zu erhöhen.
Granat-Festelektrolyt mit einer Leitfähigkeit von bis zu 4x10 bei Raumtemperatur-4S / cm, bis zu 1x10 bei 65 ° C-3Li S / cm, aber der Kontakt zwischen der negativen Elektrode und metallischem ist relativ schlecht, was zu einem erhöhten Impedanz, Weidong Zhou garnet Elektrolyten (450um dicke) zusammen mit einer Verbundschicht des Polymerelektrolyt PEO-PAS (ungefähr 5um dick), da der PEO-PAS ist dünner, obwohl seine Leitfähigkeit geringer ist, ist die resultierende Impedanz relativ klein und die Li + -Leitfähigkeit des Kompositelektrolyten als Ganzes kann 1,5 × 10 erreichen.-4S / cm. Da die gleichzeitig guten mechanischen Eigenschaften von PEO-PAS, signifikant den Kontaktwiderstand zwischen der negativen Elektrode und dem festen Elektrolyten Li-Metall, in der Abwesenheit von Polyelektrolyt-Beschichtung, Li / LLZTO / Li Grenzflächenimpedanz erreicht 5000 Ohm zu reduzieren, Nachdem die Polymerbeschichtung zu der Oberfläche des Granatelektrolyten hinzugefügt worden war, fiel der Grenzflächenwiderstand auf 400 Ohm.
Für die Zwecke der Granat Festelektrolyt Ein weiteres Problem ist ein Problem beim Radfahren von Li Dendriten wachsen entlang der Korngrenze gegenüber, zirkulierende gemeinsamen Granat Festelektrolyt Li / LLZTO / Li-Zellen dicht nach 5 Stunden gibt es eine klare Kurzschluss, und nach dem Festelektrolyten-Granat ist eine Polymerelektrolyt-Oberflächenbehandlung eine sehr stabilen Zykluseigenschaften zeigte (wie unten gezeigt, die jeweils 0,1, 0,2, 0,3 und 0,5 mA / g Stromdichte Der untere Zyklus ist 10 Stunden (Ladung 1h, dann Entladung 1h)), der Elektrolyt kann stabil für mehr als 500 Stunden ohne Kurzschluss betrieben werden.
Im Folgenden zeigt die Verwendung von Li / Elektrolyt-Granat / LFP können elektrochemische Zelle Voll Prüfergebnissen hergestellt aus der Figur a ersichtlich, ist die Zelle voll ausgezeichnete Ratenleistung zeigten, / Kapazität der positiven Elektrode bei 0,1C-Rate bis 145mAh g, bei 0,2C-Rate der positiven Elektrode reversible Kapazität von 140mAh / g, natürlich, da der all-solid Batterieimpedanz groß im Vergleich zu einer Flüssigelektrolytbatterie oder einen Spalt von den ersten, die in der Figur b Coulomb-Effizienz der Batterie gesehen werden kann nach 97% und 160 mal bei 0,2C Zirkulationsrate ist die reversible Kapazität immer noch so hoch wie 137mAh / g, Zyklus Coulomb-Effizienz der Batterie beträgt 99,9%, was anzeigt, dass die Batterie nach dem Zellzyklus ausgezeichnete elektrochemische Stabilität aufweist, den Autor Die Demontage, die Oberflächenabscheidung der Metall-Li-Anode ist relativ gleichmäßig und es gibt keine offensichtliche Spur von Li-Dendritenwachstum (wie in der folgenden Figur d gezeigt).
Die elektrische Leitfähigkeit des Granatelektrolyten ist so hoch wie 10-3 S / cm Weidong Zhou reduziert wirksam den Ladungsaustauschwiderstand der Grenzfläche durch Modifizierung der Oberfläche mit PAS-PEO-Polymerelektrolyt und fördert auch die gleichmäßige Stromverteilung. Dadurch wird das Wachstum von Li-Dendriten entlang der Korngrenze erheblich gehemmt, das Auftreten von Kurzschlüssen vermieden und die Zyklenstabilität der gesamten Batterie erheblich verbessert.Diese Technologie macht die praktische Anwendbarkeit des Granatelektrolyten signifikantverbessernd, um den gesamten Festkörperzustand zu verschieben Die Entwicklung von Elektrolyten ist von großer Bedeutung.
