新聞中心

行業動態

又薄又柔的固態電解質,讓全固態鋰電池飛起來!

作者:  來源:納米人  發布日期:2019-05-31

又薄又柔的固態電解質,讓全固態鋰電池飛起來!


 

鋰離子電池是當今電池世界的霸主,隨著對能量密度越來越高的要求,采用金屬鋰負極成為大勢所趨,而金屬鋰負極進一步增加了電池安全風險。解決電池安全性能的重要任務,就這樣落到了全固態鋰電池的肩上。

 

為了獲得與基于液體電解質的鋰電池相當的能量密度,固體電解質需要具有高離子電導率、力學強度好、不可燃、化學穩定性等特性。然而,用于液體電解質的商業聚合物電解質隔板厚度僅有10 μm左右,如果采用如此薄的固體電解質勢必會極大地增加電池短路的風險。

 

有鑒于此,斯坦福大學崔屹課題組設計了一種全新的不足10μm的超薄、柔性、聚合物復合固體電解質,可以確保全固態鋰離子電池的安全性能。

 

圖1. 聚合物-聚合物 SPE設計

 

要點1:設計理念


 

復合固態電解質必須由堅固、不易燃的主體制成,采用具有垂直排列的納米通道和鋰離子導電SPE填料。高模量主體防止枝晶滲透,而對齊的通道增強SPE填料的離子導電性。復合電解質的超薄和聚合物-聚合物性能使得全電池具有極大的柔韌性,低電解質電阻和潛在的高能量密度。研究團隊采用高模量的納米多孔聚酰亞胺(PI)主體和PEO /鋰雙(三氟甲磺酰基)酰亞胺(LiTFSI)聚合物電解質進行概念驗證,這種PI / PEO / LiTFSI固體電解質中,超薄多孔PI基質厚度僅8.6 μm。


 

圖2. PEO/LiTFSI表征

 

要點2:優異性能


 

雖然商業鋰離子電池的理論能量密度接近480 Wh kg-1,但是當在計算中考慮金屬殼體,正負極集流器時,理論值減少一半。如果進一步考慮隔板和液體電解質時,能量密度理論值還要進一步降低。然而,當使用PI / PEO / LiTFSI電解質(246 Wh kg-1)時,全固態電池的能量密度與液體電解質電池的能量密度相當,并且遠高于其他的電解質電池。

 

全固態電池中超薄超輕的PI / PEO / LiTFSI(1.12 mg cm-2)具有與隔膜/液體電解質(1 mg cm-2)相似的面積密度,確保其優于其他固體電解質系統。由于全固態LIB的電池外殼可能比液體電解質LIB更簡單,所以固體聚合物-聚合物復合材料LIB的能量密度可能會更高。進一步,通過高容量鋰化學,例如硫和金屬鋰,可以實現更高的能量密度。

 

圖3. 全電池性能

 

由于PI膜不易燃,力學強度高,即使經過1000多小時的循環,也可持續防止電池短路,保證安全性。垂直通道可提高注入的離子電導率(30°C時為2.3×10-4 S cm-1),基于PI / PEO / LiTFSI固體電解質制造的全固態鋰離子電池在60°C時具有良好的循環性能(C / 2速率下200次循環),并可承受彎曲,切割和釘子穿透等測試。

 

圖4. PI/PEO/LiTFSI力學測試和耐火測試

 

圖5. PI/PEO/LiTFSI濫用測試

 

小 結


 

總之,這項研究設計了一種超薄、柔性、安全的聚合物復合固體電解質,為發展更安全、更高效的全固態鋰離子電池起到重要推動和良好的借鑒。


 

參考文獻:

JiayuWan, Jin Xie, Yi Cui et al. Ultrathin, flexible, solid polymer compositeelectrolyte enabled with aligned nanoporous host for lithium batteries. NatureNanotechnology 2019.


水果乐园电子 北京赛车皇室彩 体彩排列五走势图预测 优惠卷是不是可以赚钱 北京赛车pk10在线计划软件 2017051福彩中奖号 股票行情实时查询000610 广西十一选五遗漏 彩票开奖结果 865棋牌平台 河北十一选五技巧 美国高频彩 股票交易佣金 青海11选5软件 网络上的赚钱方式 正宗舟山星空棋牌游 快乐扑克3任选走势图