大数跨境

马里兰大学王春生、浙江大学范修林联合突破:Angew. Chem. Int. Ed. 揭示全固态电池锂负极新策略

马里兰大学王春生、浙江大学范修林联合突破:Angew. Chem. Int. Ed. 揭示全固态电池锂负极新策略 中科精研材料制备技术研究院
2024-12-25
1
点击蓝字|关注我们




导语



在全固态电池(ASSLBs)的研究领域,锂金属负极(LMA)的稳定性和安全性一直是技术突破的关键。马里兰大学王春生教授和浙江大学范修林教授领导的团队在《Angewandte Chemie International Edition》上发表的最新研究,提出了一种创新的动态稳定性策略,为薄LMA在ASSLBs中的应用铺平了道路,这一成果有望显著提升电池的能量密度和安全性。


研究亮点
  • 创新界面设计:该团队通过引入工程化锂(eLi)概念,实现了对LMA表面的高度兼容性和对Li枝晶或丝状物的有效抑制。这种设计不仅提高了LMA的稳定性,还减少了在薄SSE膜中的Li枝晶问题。

  • 高性能ASSLBs:通过使用设计的凝胶电解质进行沉积技术,超薄eLi被均匀的富含无机的SEI和复合聚合物界面(CPI)薄膜所覆盖,实现了在薄SSE膜中高达2.0 mA cm-2的临界电流密度(CCD),这是传统Li金属电池的20倍以上。

  • 长期循环稳定性:与高镍LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2(NMC622)正极配对的ASSLB展示了良好的倍率性能和长期循环稳定性(100个周期后保留81%),证明了工程化LMA设计的可行性。


实验结果与方法
  • 超薄LMA的构建:通过沉积工艺原位构建了20微米厚的超薄LMA,该LMA具有均匀的、高锂离子导电性的固体电解质界面(SEI)和复合聚合物界面(CPI)。这种设计有助于溶解锂负极上锂离子传导性差的钝化层,并实现较小的表面电阻。

  • 界面策略的效果:这些界面策略有效地缓解了与枝晶相关的问题,但这种好处是以显著消耗锂离子为代价的。例如,当前人工界面中锂离子的大量消耗减少了Li参与沉积/剥离的比例,导致负/正容量(N/P)比升高。

    图文解读
    • 图1:展示了通过动态稳定性策略设计的eLi负极示意图,包括原位SEI构建和CPI层的形成,以及其对防止枝晶传播和确保与SSE良好接触的作用。

    • 图2:揭示了设计的eLi负极的特征,包括FTIR图谱、XRD图谱、SEM图像、EDS映射和3D AFM图像,展示了CPI和SEI层的均匀涂覆和表面粗糙度。

    • 图3:展示了eLi负极与薄LPSC-0.5% PTFE电解质在室温下的电化学性能,包括循环伏安曲线、直流循环性能比较、电压曲线和EIS谱。

    • 图4:揭示了eLi负极的材料分布和电子导电性,包括ToF-SIMS的顶层表面形貌、深度剖面、元素分布和C-AFM获得的电流分布图。

    • 图5:展示了eLi负极的SEI-CPI结构,由液体电解质的添加剂化学专门设计,包括示意图、高分辨率XPS谱和元素浓度比较。

    • 图6:展示了与LPSC电解质在室温下与高镍NMC622正极配对的ASSLB,包括ASSLB的示意图、横截面的SEM和EDS映射图像、Nyquist谱、第一次充放电曲线、充放电曲线、倍率性能和循环性能。



    总结与展望

本研究为全固态锂金属电池提供了一个创新的解决方案,提出的工程化锂金属负极设计不仅解决了枝晶生长和界面接触不良的问题,还显著提高了电池的倍率性能和循环寿命。随着锂金属电池在高能量密度应用中的潜力日益显现,这一研究成果为未来能源存储技术的突破奠定了基础。

在此背景下,深圳中科精研致力于开发和生产高效能、长寿命的焦耳加热装置,以提供先进的电池测试和应用解决方案。中科精研的产品可有效支持全固态电池技术的研究与产业化,尤其在提升电池热管理和循环稳定性方面具有重要应用前景。其精准的温控系统和高效的热管理方案,能够进一步提升电池的性能和安全性,推动下一代高能量电池技术的发展。

欢迎关注我们的公众号或访问官方网站(https://www.zhongkejingyan.com.cn/


如果您对设备有兴趣,欢迎联系张老师:13121391941






【声明】内容源于网络
0
0
中科精研材料制备技术研究院
内容 422
粉丝 0
中科精研材料制备技术研究院
总阅读456
粉丝0
内容422