香港科大《AEM》：實現高容量、長循環全固態鋰電池！

時間:2021-09-21 11:06來源:材料科學與工程作者:材料科學與工程

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目前的全固態鋰電池(ASSLB)制造通常需要費力地制作和組裝單個電極和固體電解質，這不可避免地會導致較大的界面電阻。此外，由于機械強度不佳，大多數固體電解質都是過厚的，從未維持機械強度，但是這樣做并不能阻止鋰樹枝晶的形成。這些因素限制了ASSLB的可獲得能量密度和可循環性。

來自香港科技大學的學者報道了一種用于可伸縮ASSLB制造的新型集成陰極/固體電解質，方法是在陰極上直接制備超薄而堅固的FBER網絡增強的固體電解質。集成設計允許在界面和整個陰極處持續離子傳導，從而顯著降低界面電阻并實現更高的陰極負載。同時，較強的FBER網絡使固體電解質具有極小的厚度和優異的枝晶抑制能力。結果表明，新研制的Li/LiFePO₄ASSLB在0.5C和45°C下的容量為155.2 mAh g^-1 ,500次循環后的容量保持率為84.3%。即使在正極負載量為13 mg cm^-2的情況下，電池仍可提供124.1 mAh g^-1的容量。此外，采用這種集成設計的袋式電池表現出良好的電化學性能和安全性，具有很大的實際應用前景。相關文章以“A High-Capacity, Long-Cycling All-Solid-State Lithium Battery Enabled by Integrated Cathode/Ultrathin Solid Electrolyte”標題發表在Advanced Energy Materials。

圖1.a)全固態I-FPG電池連續制造工藝示意圖。B)全固態C-PG電池和I-FPG電池的比較。

圖2.a)全固態I-FPG電池示意圖。掃描電鏡圖像(上圖)和相應的表面形貌的數字圖像：b)鑄造陰極，c)在陰極上電紡的PVDF纖維網絡，以及d)在陰極上制造的FPG電解質。E)I-FPG結構橫截面的SEM圖像。

圖3.a)XRD圖譜，b)FT-IR曲線，c)TGA結果，d)室溫下的EIS圖，e)FPG、PG和PEO電解質的Arrhenius圖。F)FPG電解質、PG電解質(插圖)和電紡PVDF纖維網絡的應力-應變曲線。

圖4.獨立的a)PG和b)FPG電解質的橫截面掃描電鏡圖像。C)在45°C、0.15和0.3 mA cm⁻²下使用FPG和PG電解質的Li/Li對稱電池的循環性能。d)使用FPG的Li/Li對稱電池在0.15 mA cm⁻²下繼續循環。2.100次循環后， e)PG電解液和f)FPG電解液的Li/Li對稱電池的表面形貌的掃描電子顯微鏡圖像.

圖5.45°C下全固態I-FPG、C-FPG和C-PG電池的電化學性能(A)奈奎斯特曲線，以及b)I-FPG、C-FPG和C-PG電池的倍率性能。C)I-FPG電池在不同速率下的電壓分布。D)在0.5℃下循環的I-FPG、C-FPG和C-PG電池的循環性能e)C-FPG電池和f)I-FPG電池循環后陰極/固體電解質界面的橫截面SEM圖像

圖6.高陰極負載下ASSLB的電化學性能。A)45°C下陰極負荷分別為5.6和13.0 mg cm^-2的I-FPG、C-FPG和C-PG電池的電壓范圍。b)45°C下陰極負荷為5.6 mg cm^-2的I-FPG、C-FPG和C-PG電池的循環性能。c)顯示柔性I-FPG部分的數字圖像。I-FPG袋電池的演示：d)電壓分布和e)袋電池在0.3攝氏度、60°C下的循環性能；f)彎曲時為電子設備供電的袋電池照片；g)切割后的照片。H)使用開放文獻中最近報道的基于PEO的電解液對ASSLB進行比較。

綜上所述，本文成功地開發了一種集成陰極/超薄固體電解質結構，以實現ASSLB的高容量和高穩定性。通過在陰極上直接制備固體電解質，可以同時在陰極/電解質界面和陰極內部實現連續的離子導電，從而顯著降低界面電阻，并允許使用高負荷陰極。此外，由于加強了堅固的FBER網絡，獲得了厚度為17µm的超薄固體電解質，并提高了抑制枝晶的機械強度。（文：SSC）

(責任編輯：子蕊)

文章標簽：電池全固態鋰電池

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