新加坡国立大学吕力教授AS观点：界面铁电修饰提升全固态钠金属电池的室温循环性能- 大数跨境

首页

新加坡国立大学吕力教授AS观点：界面铁电修饰提升全固态钠金属电池的室温循环性能

科学材料站

2022-03-13

导读：本文通过界面铁电修饰，改善了全固态钠金属电池的NVP | 复合电解质 | Na界面。

文章信息

全固态钠金属电池电极-复合电解质界面铁电修饰工程

第一作者：王玉美

通讯作者：王玉美*，吕力*

单位：新加坡国立大学重庆研究院，新加坡国立大学

研究背景

近年来，电动汽车及大规模电化学储能的巨大市场需求推动了高安全性、高能量密度、高循环稳定性的固态锂/钠金属电池储能技术的发展。然而，现有的固态锂/钠金属电池因受限于电极-电解质的界面问题，而发展缓慢，难以满足实际应用要求。

文章简介

新加坡国立大学吕力教授与重庆新国大研究院王玉美研究员团队近期通过界面铁电修饰，改善了全固态钠金属电池的NVP | 复合电解质 | Na界面。

他们研究发现，界面铁电修饰可有效抑制固态电池界面空间电荷层，促进离子在界面处的传导；铁电修饰层的引入还可以提高Na金属负极与聚合物基电解质的界面稳定性，抑制SEI层的持续生长，降低电池界面阻抗。经铁电修饰后，该固态电池展现出较高的室温循环性能（室温循环165圈后，放电容量为160.3 mAh/g，容量保持率高达97.4%）。

图1. 未经/已经界面铁电修饰的固态钠金属电池界面空间电荷层、SEI形成示意图及室温电池循环性能

本文要点

要点一：铁电体表面包覆“陶瓷-聚合物”复合电解质

该项目采用在复合电解质表面包覆“铁电氧化物-聚合物”复合材料薄层的方式，将铁电界面修饰层引入固态钠金属电池的电极-电解质界面。为了使铁电体在相对较低的界面电势差的作用下实现极化翻转，他们仅在复合电解质的表面非连续包覆了极薄的铁电体氧化物材料，并将PEO电解质填入氧化物孔隙，构成铁电体复合材料包覆层。如图2所示，经PFM测试，包覆后的电解质具有较强的铁电性能。

图2. 铁电体表面包覆“陶瓷-聚合物”复合电解质过程

要点二：铁电修饰的全固态钠金属电池室温循环性能稳定

经界面铁电修饰后，全固态钠金属电池展现出较高的室温循环性能（室温循环165圈后，放电容量为160.3 mAh/g，容量保持率高达97.4%）及倍率性能。此外，铁电修饰的固态电池还展现了优异的抗老化稳定性。实验发现，即便电池在循环测试时，中断测试并放置了2个月之久，电池还能展现出较高的容量保持率（全充/全放180圈后，容量保持率为86.0%）。

图3. 界面铁电修饰的全固态钠金属电池室温循环性能

要点三：在充电过程中，铁电修饰的全固态钠金属电池可保持相对较低的界面阻抗

图4. 界面铁电修饰的全固态钠金属电池在充电时的界面阻抗变化

文章链接

“Ferroelectric Engineered Electrode-Composite Polymer Electrolyte Interfaces for All-Solid-State Sodium Metal Battery”

https://doi.org/10.1002/advs.202105849

通讯作者简介

吕力教授简介：

新加坡国立大学教授，新加坡国立大学重庆研究院常务副院长。

1977和1982年分别获得清华大学学士和硕士学位，1989年获比利时鲁汶大学博士学位后在该校从事博士后研究，1991年加入新加坡国立大学机械系工作至今，2004年被聘为新加坡国立大学教授。吕力教授长期以来一直致力于锂电池、钠电池、固态电池以及压电/铁电块体陶瓷和薄膜等领域的研究，获得了由新加坡科技研究局，国家研究基金会，能源市场管理局和美国空军部门所资助共计数百万新元的多个项目。在Advanced Energy Materials, Advanced Science, Angewandte Chemie International Edition, Energy Storage Materials, Journal of Materials Chemistry A等期刊上发表论文400余篇，获亚洲、欧洲和美国授权专利多项，且部分专利正在商业化进程中。在国际会议做基调发言和特邀报告20余次，撰写学术专著3部，组织国际学术会议10余次。现任Functional Materials Letters杂志主编，Materials Technology杂志副主编。吕力教授是北京大学、浙江大学、重庆大学客座教授、澳洲昆士兰大学荣誉教授以及国内外多所著名大学的荣誉教授和客座教授。

王玉美研究员简介：

新加坡国立大学重庆研究院研究员。

2011年和2013年获得哈尔滨工业大学学士和硕士学位，2018年获得新加坡国立大学博士学位后继续在该校从事博士后研究工作。2021年加入新加坡国立大学重庆研究院，任职研究员。主要研究固态电池材料、铁电/压电/介电功能陶瓷薄膜材料。主持重庆市自然科学基金面上项目、华侨大学科技创新平台开放研究课题等。以第一作者或通讯作者在Advanced Science，Journal of Power Sources，Advanced Electronic Materials 等学术刊物上发表多篇研究论文，获得多项发明专利。