Конкретная энергия аккумуляторной батареи продолжает расти. Существующий высококачественный никелевый материал + силиконовая углеродная система может достичь максимальной энергии 350 Втч / кг. Чтобы продолжать увеличивать удельную энергию, необходима новая система. Текущая высокая удельная энергетическая система включает в себя все Твердотельные металлические литиевые батареи, литий-серные батареи и литий-ионные батареи, из нынешних современных металлических литиевых батарей, являются наиболее вероятными аккумуляторами нового поколения следующего поколения. Для аккумуляторов с твердотельным аккумулятором твердотельные электролиты Основные технологии, в общем, твердые электролиты имеют низкую удельную проводимость Li + при комнатной температуре, что сказывается на производительности батареи. Для улучшения проводимости полностью твердых электролитов были разработаны различные типы цельно-твердых электролитов, среди которых электролиты сплошного типа гранатового типа Проводимость при комнатной температуре может достигать 10-4-10-3S / см, с обычными карбонатными жидкими электролитами 10-2S / cm очень близко, это идеальный полностью твердый электролит, но гранат-электролит также сталкивается с поверхностным инертным слоем (LiOH, Li 2Колорадо 3Увлажняемость металла Li плоха, металл Li dendrite растет на границе зерен, а импеданс интерфейса большой. Недавно Вэйдун Чжоу из Пекинского университета (первый автор, корреспондент), Ютао Ли из Техасского университета в Остине (корреспондент) ), John B Goodenough (соответствующий автор), покрывая слой Li на поверхности электролита граната +Способ полимерного электролита с номером миграции 0,9 ингибирует рост металлических Li-дендритов и уменьшает межфазное сопротивление, что увеличивает первый кулоновский КПД полностью твердого металлического аккумулятора до 97%, а кулоновская эффективность в цикле близка к 100%.
Интерфейс твердого электролита граната не мокрый, рост Li-дендрита и плохой контакт интерфейса, а хорошие механические свойства полимерного электролита делают его эффективным способом решения этой проблемы. Обычный полимерный электролит не содержит соли Li. Поэтому необходимо добавить литиевую соль, такую как LiTFSI, но это также делает миграционный номер Li + тенденциозным относительно низким (например, 0,35), так что анионы накапливаются на стороне, близкой к положительному электроду во время зарядки, тем самым создавая сильное электрическое поле, влияя на Li +. Диффузия ускоряет рост Li-дендритов в электролите граната и имеет высокий Li +Миграция полимерного электролита имеет меньше подвижных анионов, что может эффективно решить эту проблему и улучшить работу твердого электролита граната.
Структура полимерного электролита, используемая в эксперименте, показана ниже (поли (акриламид-2-метил-1-пропансульфонат) лития PAS), в котором только Li способен двигаться, поэтому Li +Номер миграции также очень высок, достигая 0,9. Для дальнейшего улучшения механических свойств и проводимости Li + PAS авторы смешивали PAS с PEO (полиэтиленоксидом), а взаимодействие между PEO и PAS также стимулировало Li. +Двигаясь вдоль длинной цепи ПЭО, вы можете увидеть ПЭО на следующем рисунке: Электропроводность электролита самая высокая при ПАС = 3: 1, до 1,8 х 10 при 65 ° С.-5S / cm, поскольку он является ионно-проводящим, поэтому Li +Число миграций достигает 0,87-0,95, что указывает на то, что подавляющее большинство проводимости определяется Li +Вклад, это положительная помощь для уменьшения поляризации, увеличения увеличения и производительности цикла.
Твердый электролит из граната с удельной проводимостью до 4х10 при комнатной температуре-4S / см, до 1 × 10 при 65 ° C-3S / cm, но его контакт с отрицательным электродом Li Li неудовлетворительный, что приводит к увеличению импеданса, поэтому Вэйдун Чжоу объединил электролит граната (толщиной 450 мкм) со слоем полимерного электролита PEO-PAS (толщиной около 5 мкм), что обусловлено PEO-PAS тоньше, поэтому, хотя его проводимость ниже, результирующий импеданс относительно невелик, и проводимость Li + композитного электролита в целом может достигать 1,5 × 10.-4В то же время из-за хороших механических свойств ПЭО-ПАС контактное сопротивление между металлическим отрицательным электродом Li и твердым электролитом значительно уменьшается. В отсутствие полиэлектролитного покрытия импеданс интерфейса Li / LLZTO / Li достигает 5000 Ом. После того как полимерное покрытие было добавлено к поверхности электролита граната, сопротивление интерфейса упало до 400 Ом.
Другой проблемой, с которой сталкиваются твердые электролиты граната, является проблема роста Li-дендритов вдоль границ зерен в течение цикла. Обычные гранатовые твердые электролиты циклируются в батареях Li / LLZTO / Li в течение 5 часов. Значительное короткое замыкание произошло, и твердый электролит граната, обработанный полимерным электролитом, демонстрирует очень стабильные характеристики цикла (как показано на рисунке ниже, плотности тока при 0,1, 0,2, 0,3 и 0,5 мА / г соответственно). Нижний цикл составляет 10 часов (заряд 1 ч, затем разряд 1 ч)), электролит может стабильно циклироваться в течение более 500 часов без короткого замыкания.
На следующем рисунке показаны результаты электрохимических испытаний полной батареи, изготовленной из электролита Li / Garnet / LFP. Как видно из следующего рисунка а, полная батарея демонстрирует хорошие показатели скорости, а емкость положительного электрода может достигать 145 мАч при скорости 0,1 С. г, при скорости 0.2C обратимая емкость положительного электрода достигает 140 мАч / г. Конечно, из-за большого импеданса полностью твердотельной батареи по-прежнему существует определенный разрыв по сравнению с жидкостной электролитной батареей. Из рисунка б можно увидеть первый кулоновский КПД батареи. До 97%, а после 160 циклов при 0.2C обратимая мощность до сих пор достигает 137 мАч / г, а кулоновский КПД батареи в цикле достигает 99,9%, что указывает на хорошую электрохимическую стабильность батареи. После цикла батареи автор будет Разборка, поверхностное осаждение металлического Li-анода является относительно однородным, и нет очевидного следа роста Li-дендрита (как показано на следующем рисунке d).
Электропроводность электролита граната достигает 10-3S / см. Weidong Zhou эффективно снижает сопротивление перезарядке интерфейса путем изменения поверхности полимерным электролитом PAS-PEO, а также способствует равномерному распределению тока. , тем самым значительно ингибируя рост Li-дендритов вдоль границы зерен, избегая возникновения коротких замыканий и значительно улучшая стабильность цикла всей батареи. Эта технология существенно улучшает практичность электролита граната для толкания всего твердого состояния Развитие электролитов имеет большое значение.
