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全固态电池由于具有高能量密度、高稳定性和安全性等优点,已经引起了越来越多的关注。具有高理论比容量和低电化学电位的金属锂有望被用作全固态电池的负极材料。然而,如果固态电解质没有足够的机械强度来抑制循环过程中枝晶的生长,就会导致电池快速失效。理想的电解质应具有高的机械性能来抑制枝晶的生长,并具有柔性来保持界面的紧密接触,从而实现快速的离子传输。单一的电解质很难同时满足正极和负极界面特性的不同要求,这使得固体电解质无法在全固态电池中实际应用。多层固态电解质是解决这些问题的有效策略。通过设计非对称结构的电解质,不仅可以满足正负极界面的特殊要求,还可以弥补单一电解质的不足。同时,充分发挥各个电解质的优势,实现全固态电池的优异电化学性能。此外,非对称电解质的厚度会影响电池的内阻和能量密度。因此,制备超薄的非对称电解质尤为重要。
近期,北京科技大学范丽珍教授团队制备了一种超薄的非对称电解质,以满足界面和电解质的特殊要求。材料的设计策略描述如下。(i) 在聚偏氟乙烯(PVDF)中加入无定形结构的聚碳酸丙烯(PPC)来解决成膜能力差的问题。所得的PVDF@PPC层,促进了正极粒子与电解质的界面连接,增强了机械性能,提高了锂离子传输能力。(ii) 选择Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12(LLZTO)粉末作为无机填料加入PVDF@PPC, LLZTO@PVDF@PPC层表现出较高的机械强度,可以有效地抑制充电/放电过程中锂枝晶的生长,其中LLZTO还可以促进该层的离子传导性。(iii) PI膜的加入大大改善了电解质整体的机械性能和厚度。该非对称电解质膜表现出良好的热和化学稳定性、高离子导电性和宽的电化学窗口。由Al2O3@NCM/ACE/Li和LFP/ACE/Li组装的电池都表现出良好的倍率性能、出色的循环稳定性和高安全性。结果表明,该非对称电解质膜可以应用于安全、耐用、高电压和高能量密度的锂电池中,它为功能化电解质的设计提供了一个新的思路。 论文信息 Ultra-thin Asymmetric Composite Electrolyte Addresses the Out-of-sync Requirements of Lithium Batteries Interfaces Yang Li, Guoxu Wang, Li-Zhen Fan Batteries&Supercaps
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