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鋰電池固態(tài)電解質(zhì)前沿學術進展精選
儲能科學與技術 納米人 2018-10-06

1. Li 等人在700 ℃下將Li7La3Zr2O12與碳進行反應處理,他們認為高溫碳處理可以消除Li7La3Zr2O12 表面的Li2CO3 和玻璃相的Li—Al—O,從而提高與鋰負極的界面浸潤性,降低界面電阻。


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Li Y, Chen X,Dolocan A, et al. Garnet Electrolyte with an Ultralow Interfacial Resistancefor Li-Metal Batteries[J]. Journal of the American Chemical Society, 2018, 140(20): 6448-6455.

 

2. DONG 等首次將超強細菌纖維素支持的聚(甲基乙烯基醚- alt-馬來酸酐)作為4.45 V LiCoO2 鋰金屬電池的多功能聚合物電解質(zhì)。這種基于LiCoO2鋰金屬電池的聚合物電解質(zhì)在60 ℃下具有良好的容量保持率(在700次循環(huán)后仍有85%)。更深入的研究表明,它在提高LiCoO鋰金屬電池的抗氧化性和可逆鋰沉積/剝離方面發(fā)揮了重要作用。

 

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Dong T, Zhang J, XuG, et al. A multifunctional polymer electrolyte enables ultra-long cycle-lifein a high-voltage lithium metal battery[J]. Energy & Environmental Science, 2018, 11(5): 1197-1203.

 

3. YOON等研究了全固態(tài)電池正極材料中固態(tài)電解質(zhì)Li10GeP2S12和導電碳之間的界面穩(wěn)定性以及其對電化學性能的影響。研究表明,導電碳的加入非但沒有如預期提高材料的導電性能,反而使正極的動力學性能變得更差,究其原因主要是導電碳的加入加速了Li10GeP2S12的電化學分解,在表面生成高阻抗的化合物,使正極的性能變差。


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Yoon K, Kim J J,Seong W M, et al. Investigation on the interface between Li10GeP2S12 electrolyte and carbon conductive agents in all-solid-state lithium battery[J].Scientific reports, 2018, 8.

 

4. GARBAYO等對Li-石榴石薄膜的不同無定形結構到結晶結構間微結構的轉(zhuǎn)變進行了仔細地研究,證明了對薄膜Li-石榴石固態(tài)電池電解質(zhì)除了結晶態(tài)存在,還具有“多型性”,存在不同的玻璃態(tài),最大的Li傳導率存在于一個特定的無定形玻璃態(tài)。這些發(fā)現(xiàn)表明,玻璃態(tài)薄膜Li-石榴石導體可以用于調(diào)節(jié)Li傳導率,避免Li枝晶形成,有可能成為新的固態(tài)電解質(zhì)相,用于未來的微型電池以及大規(guī)模固態(tài)電池。


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GarbayoI, Struzik M, Bowman W J, et al. Glass‐Type Polyamorphism in Li‐Garnet Thin Film Solid State Battery Conductors[J]. Advanced Energy Materials, 2018, 8(12): 1702265. MLA

 

5. SHAO等針對石榴石結構氧化物固態(tài)電解質(zhì)與金屬鋰負極之間的界面還原反應問題,在界面處通過石墨層修飾形成穩(wěn)定過渡層,顯著降低固體電解質(zhì)-金屬鋰的界面阻抗,并實現(xiàn)1000 h的長循環(huán)穩(wěn)定。作者認為這種穩(wěn)定性提升行為源自于石墨緩沖層降低了對氧化物固體電解質(zhì)界面的化學反應,從而提升電池的循環(huán)性能。


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ShaoY, Wang H, Gong Z, et al. Drawing a Soft Interface: An Effective InterfacialModification Strategy for Garnet-Type Solid-State Li Batteries[J]. ACS Energy Letters, 2018, 3(6): 1212-1218.

 

6. HAO等使用高能球磨并經(jīng)后續(xù)的固相反應將LiBr引入Li6.25La3Zr2Al0.25O12石榴型陣列中。認為可在體相形成陰離子摻雜和在晶界形成鋰化界面,可提高電解質(zhì)的鋰離子電導率、遷移動力學和界面接觸。


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HaoS, Zhang H, Yao W, et al. Solid-state lithium battery chemistries achieving high cycle performance at room temperature by a new garnet-based composite electrolyte[J]. Journal of Power Sources, 2018,393: 128-134.

 

7. NOH等探討組分的混合順序?qū)θ虘B(tài)電池性能的影響。認為先將一半的導電碳與固體電解質(zhì)進行混合,另一半導電碳在最終混合時加入效果最好。


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NohS, Nichols W T, Cho M, et al. Importance of mixing protocol for enhancedperformance of composite cathodes in all-solid-state batteries using sulfidesolid electrolyte[J]. Journal of Electroceramics,2018: 1-7.

 

8. Li等制備了不與水反應的鈣鈦礦固體電解質(zhì)Li0.38Sr0.44Ta0.7Hf0.3O2.95F0.05,室溫鋰離子電導達4.8×10-4 S/cm。通過聚合物電解質(zhì)在與負極的界面上進行保護,可實現(xiàn)與鋰金屬負極兼容。同樣用聚合物電解質(zhì)在正極側進行保護,可以實現(xiàn)全固態(tài)的Li/LiFePO4、Li-S電池和鋰離子電容器優(yōu)異的循環(huán)性能。


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LiY, Xu H, Chien P H, et al. A Perovskite Electrolyte That Is Stable in Moist Airfor Lithium‐Ion Batteries[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2018.

 

9. HE 等用Nb作為結構穩(wěn)定劑合成出石榴石固態(tài)電解質(zhì)(Li6.375La3Zr1.375Nb0.625O12,LLZNO), 并用Sn薄膜修飾LLZNO,通過Sn的修飾,鋰金屬和固態(tài)電解質(zhì)間形成了自限穩(wěn)定且具有導電性的 Li-Sn合金界面層,使鋰金屬和石榴石固體電解質(zhì)間能夠獲得快速且穩(wěn)定的鋰離子傳輸性能。實現(xiàn)了高電流密度下快速可逆的鋰離子電鍍/剝離,以及 Li/Sn-LLZNO/LiFePO4 全電池的優(yōu)異電化學性能。


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He M, Cui Z, Chen C,et al. Formation of self-limited, stable and conductive interfaces between garnet electrolytes and lithium anodes for reversible lithium cycling in solid-state batteries[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(24): 11463-11470.

 

10. KATAOKA等針對在多晶石榴石型氧化物全固態(tài)電解質(zhì)中,金屬鋰枝晶易于在燒結體內(nèi)空隙以及晶界雜質(zhì)處生長,進而導致電池系統(tǒng)嚴重的內(nèi)部短路現(xiàn)象,提出在全固態(tài)電池系統(tǒng)中應用單晶氧化物電解質(zhì),并通過浮區(qū)法首次成功生長出厘米尺寸石榴石型單晶Li6.5La3Zr1.5Nb0.5O12(LLZNb05),獲得了極高的鋰離子傳導率1.39×10-3S/cm(298 K),并 且用對稱電池Li/LLZNb05/Li(以LLZNb05 單晶片作為固態(tài)電解質(zhì))進行短路測試,確認無內(nèi)部短路。


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Kataoka K, Nagata H,Akimoto J. Lithium-ion conducting oxide single crystal as solid electrolyte for advanced lithium battery application[J]. Scientific reports, 2018, 8(1): 9965.

 

11.Liu等針對NASCION型固態(tài)電解質(zhì)LAGP(Li1.5Al0.5Ge0.5P3O12)對金屬Li的不穩(wěn)定性,采用 在LAGP表面濺射Ge無定形薄膜的方法,成功抑制了Ge4+還原為Ge0和Ge2+,并且通過產(chǎn)生一個界面層,在金屬Li與LAGP固態(tài)電解質(zhì)間形成了一個緊密的連接。由Ge包覆的LAGP 固態(tài)電解質(zhì)構成的對稱電池,在0.1 mA/cm2,100 個循環(huán)下表現(xiàn)出很好的穩(wěn)定性與循環(huán)性能,進一步組成的準固態(tài)鋰空電池,在空氣中30個循環(huán)下表現(xiàn)出穩(wěn)定的循環(huán)性能。


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Liu Y, Li C, Li B, et al. Germanium ThinFilm Protected Lithium Aluminum Germanium Phosphate for Solid‐State Li Batteries[J]. Advanced Energy Materials, 2018, 8(16): 1702374.

 

12. CULVER等從硫化物固體電解質(zhì)的缺陷和鋰離子傳輸空穴形成的熱熵晗角度對離子電導率進行分析。摻雜元素所引起的晶格畸變會改變鋰離子遷移路徑,同時隨摻雜量的變化結構骨架元素的電負性也隨之改變,對于固體電解質(zhì)的離子電導率差異依然是一個復雜的問題。此外,作者發(fā)現(xiàn)當在不同壓力下,固體電解質(zhì)會發(fā)生機械化學反應導致材料界面局域結構的變化,進而引起進一步的電導率變化。


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Culver S P, KoerverR, Krauskopf T, et al. Designing ionic conductors: the interplay between structural phenomena and interfaces in thiophosphate-based solid-state batteries[J]. Chemistry of Materials, 2018.

 

13. WANG 等使用混合離子導體修飾固態(tài)電池的正極-固體電解質(zhì)界面,使固態(tài)電池的轉(zhuǎn)移阻抗下降20倍。這種混合離子導體界面修飾后的固態(tài)電池能在150 ℃下穩(wěn)定循環(huán)400次,這種界面修飾方法對解決固態(tài)電池界面和未來固態(tài)電池設計具有啟發(fā)意義。


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Wang C, Zhang L, XieH, et al. Mixed Ionic-Electronic Conductor Enabled Effective Cathode-Electrolyte Interface in All Solid State Batteries[J]. Nano Energy, 2018.

 

14. Wei等使用紫外固化法制備了一種PEGDA 和PETMP 共聚合的新型聚合物電解質(zhì),這種聚合物具有較好的機械強度和寬電化學窗口(0~5.1 V)。使用這種聚合物電解質(zhì)制備的磷酸鐵鋰金屬鋰電池經(jīng)過200次循環(huán)后依舊可保持80.55%比容量。使用該種聚合物電解質(zhì)制備 的磷酸鐵鋰雙極性疊層電池可達到6.33 V電壓,且循環(huán)穩(wěn)定。


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Wei Z, Chen S, WangJ, et al. A large-size, bipolar-stacked and high-safety solid-state lithium battery with integrated electrolyte and cathode[J]. Journal of Power Sources, 2018, 394: 57-66.

 

內(nèi)容來源:

詹元杰, 武懌達, 趙俊年, 等. 鋰電池百篇論文點評 (2018.6. 1-2018.7. 31)[J]. 儲能科學與技術, 7(5):869-880.

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