我國學者克服固態(tài)鋰離子電池電極-電解質的瓶頸

核心提示:由于使用有機液體電解質，傳統(tǒng)鋰離子電池普遍易燃，能量密度難以進一步改善等問題。與有機液體電解質相比，固體電解質大多不易燃，降低甚至消除了電池著火的風險，同時具有更寬的電化學穩(wěn)定窗口，允許更高的正負電極電壓組合來新增電池的能量密度。然而，主電極材料也是固體的。假如用固體電解質代替液體電解質，電極與電解質之間很難形成像固液界面那樣緊密而充分的接觸，這將嚴重影響電極與電解質之間鋰離子傳輸?shù)男?。這個瓶頸是固態(tài)電池最難克服的挑戰(zhàn)之一。

記者從我國科技大學(科大),馬(馬馬馬)教授的研究小組和團隊nanchewen院士、清華大學合作準備復合陽極的性能與傳統(tǒng)的粘貼涂料正電極,為克服瓶頸供應一個新想法在固體電極和電解質之間接觸不良的電池。研究結果發(fā)表在《國際材料科學雜志》上。

由于使用有機液體電解質，常規(guī)鋰離子電池普遍易燃，能量密度難以進一步提高。與有機液體電解質相比，固體電解質大多不易燃，降低甚至消除了電池著火的風險，同時具有更寬的電化學穩(wěn)定窗口，允許更高的正負電極電壓組合來新增電池的能量密度。然而，主電極材料也是固體的。假如用固體電解質代替液體電解質，電極與電解質之間很難形成像固液界面那樣緊密而充分的接觸，這將嚴重影響電極與電解質之間鋰離子傳輸?shù)男?。這個瓶頸是固態(tài)電池最難克服的挑戰(zhàn)之一。

利用電子顯微鏡研究鈣鈦礦結構的固體電解質時，研究人員發(fā)現(xiàn)，作為高性能電極材料的富鋰層狀氧化物的結構可以與鈣鈦礦結構形成外延界面，從而在原子尺度上形成緊密而充分的固-固接觸。對兩者外延界面的進一步分析表明，界面上每15個原子表面將形成失配位錯，釋放累積的應變。這種機特種致外延界面，不要電極和電解質具有類似的晶格大小，但可以在廣泛的層狀和鈣鈦礦系統(tǒng)中出現(xiàn)。

將所得結果應用于材料的制備，制備了具有原子界面鍵合的電極-電解質復合陽極材料，并對其性能進行了表征。結果表明，該方法制備的固-固復合電極中活性物質與電解質的結合接近固-液接觸，其比例不低于傳統(tǒng)漿液包覆工藝制備的固-液復合電極。

該方法為克服固態(tài)電池中電極-電解質接觸差的瓶頸供應了新的思路。