王春生教授AM：抑制锂枝晶的固态电解质设计- 大数跨境

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王春生教授AM：抑制锂枝晶的固态电解质设计

科学材料站

2020-10-30

导读：该工作研究了锂枝晶的形成机理，报道了无锂枝晶的SSE判据。为了获得高枝晶抑制能力，小分子电解质应该是热力学稳定的，具有相对于锂的高界面能，并且它们应该具有低的电子电导率和高的离子电导率。

文章信息

抑制锂枝晶的固态电解质设计

第一作者：Xiao Ji

通讯作者：Xiulin Fan*，Chunsheng Wang*

单位：马里兰大学

研究背景

锂离子电池通过便携式电子设备和大规模能量储存极大地改变了人类的生活。由于第五代(5G)移动网络、电动汽车和电网规模的固定能量存储，能耗升级要求电池具有高能量和安全性。

在所有电池技术中，全固态电池可以通过使用不可燃且电化学稳定的固态电解质将锂金属和高压阴极配对来满足这些要求。小电极和电极之间的反应性降低有望减少不可逆的电解质消耗并提高器件的可循环性。

更重要的是，高机械强度有望阻断锂枝晶的穿透。锂离子的单位迁移数应能阻止浓度梯度诱导的锂离子枝晶生长。

文章简介

近日，马里兰大学Xiulin Fan，王春生教授等在国际期刊Advanced Materials 上发表题为“Solid-State Electrolyte Design for Lithium Dendrite Suppression”的研究工作。

该工作研究了锂枝晶的形成机理，报道了无锂枝晶的SSE判据。为了获得高枝晶抑制能力，小分子电解质应该是热力学稳定的，具有相对于锂的高界面能，并且它们应该具有低的电子电导率和高的离子电导率。冷压Li3N-LiF复合材料用于验证无锂枝晶设计标准，其中高离子导电性Li3N降低了锂电镀/剥离过电位，而具有高界面能的LiF通过提高成核能和抑制锂渗透到枝晶中来抑制枝晶。

Li3N–LiF涂层在Li3PS4 SSE上实现了> 6mA cm−2的创纪录高临界电流，即使在6.0mAh cm-2的高容量下也是如此。库仑效率也在150次循环中达到创纪录的99%。Li3N–LiF/Li3P4 SSE使LiCoO2阴极在50个周期内达到101.6 mAh·g-1。