設計高性能鋰離子電池或鋰金屬電池的複合固態電解質

2020-09-05 石墨烯聯盟


英國皇家化學會旗艦期刊Chemical Science近期發表了由南京航空航天大學張騰飛副研究員，東南大學章煒副教授，復旦大學餘學斌教授等人撰寫的綜述文章，總結了複合固態電解質的材料類型、結構設計理念、界面表徵及其在全固態鋰電方面的應用。

固態電解質材料

固態電解質相比於液態電解質具有較高的安全性，使得它在下一代電池中顯示出巨大的潛力。然而，單一類型的固態電解質室溫離子電導率低以及不穩定的電解質/電極界面等問題，嚴重阻礙了其大規模的開發和應用。針對單一電解質的短板，通過固態電解質複合策略，結合無機/無機、和無機/有機結合的優點，越來越多的科研人員將研究的重點選在固態電解質複合和界面設計方向上。有感於Manthiram教授在2017年通過雷達圖對固態電解質進行的總結，近日，國際知名化學材料類綜合期刊Chemical Science （RSC旗艦刊， Nature index）上發表了題為「Designing Composite Solid-State Electrolytes for High Performance Lithium Ion or Lithium Metal Batteries」的綜述論文（全文連結https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/SC/D0SC03121F!divAbstract)

文章來源： 前沿材料

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  • 基於硫化物電解質的鋰/硫化物全固態電池
    相較於傳統電解液的鋰離子電池，基於固態電解質的全固態鋰電池未來將具有更高的安全性和能量密度，可以預見，發展全固態鋰電池有望突破傳統液態電解質鋰離子電池的瓶頸，具有重要的現實意義。在早期研究中，由於固態電解質離子電導率較低，全固態鋰電池在與有機電解液鋰離子電池的競爭中並不具備優勢。但近年來，科研人員在固態電解質電導率方面取得了突破，尤其以LGPS為代表的一系列硫化物固態電解質的離子電導率已經達到甚至超過傳統液態電解質。
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    針對單一電解質的短板，通過固態電解質複合策略，結合無機/無機、和無機/有機結合的優點，越來越多的科研人員將研究的重點選在固態電解質複合和界面設計方向上。為了設計抑制枝晶生長的電解質，研究人員採用表界面工程，引入人工緩衝層來使這些固態電解質免受鋰枝晶生長的影響，如聚合物層、非晶態氧化物、硫化物和金屬塗層等。 3.
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    分類按照電解質材料的選擇，固態電池可以分為聚合物、氧化物、硫化物三種體系電解質。其中，聚合物電解質屬於有機電解質，氧化物與硫化物屬於無機陶瓷電解質；按照正負極材料的不同，固態電池還可以分為固態鋰離子電池（沿用當前鋰離子電池材料體系，如石墨+矽碳負極、三元正極）和固態鋰金屬電池（以金屬鋰為負極）。
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