0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會(huì)員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認(rèn)識你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

濃度極化誘導(dǎo)相變穩(wěn)定聚合物電解質(zhì)中的鋰鍍

倩倩 ? 來源:清新電源 ? 作者:清新電源 ? 2022-09-06 10:39 ? 次閱讀

背景介紹

鋰金屬負(fù)極具有3860 mAh g-1的理論容量,以及超低的電極電位(-3.04 V),因此有望極大提高電池能量密度。然而,液體電解質(zhì)中的濃差極化促進(jìn)了金屬沉積過程中晶須的生長,導(dǎo)致鋰沉積不均勻,形成粗糙的形貌,如苔蘚狀和樹枝狀的鋰。這種不均勻沉積不僅導(dǎo)致電極表面積大,促進(jìn)與電解質(zhì)發(fā)生副作用,降低庫侖效率(CE)和循環(huán)壽命,而且還存在內(nèi)短路、熱失控等安全隱患,尤其是與傳統(tǒng)的易燃液體電解質(zhì)(如醚類、碳酸鹽)匹配時(shí)。聚合物電解質(zhì)雖然不能完全解決鋰金屬電池(LMBs)中的安全問題,但由于其比液體電解質(zhì)的熱穩(wěn)定性更高,因此有助于提高LMBs安全性。遺憾的是,聚乙烯氧化物(PEO)電解質(zhì)的楊氏模量,通常在20-70 MPa范圍內(nèi),遠(yuǎn)低于有效抑制Li晶須所需的1 GPa閾值。因此,Li晶須在聚合物電解質(zhì)中快速生長。當(dāng)引入增塑劑來增強(qiáng)離子電導(dǎo)率時(shí),會(huì)進(jìn)一步軟化聚合物電解質(zhì),晶須生長變得更加嚴(yán)重。解決這一挑戰(zhàn)需要對動(dòng)態(tài)的Li金屬/聚合物電解質(zhì)界面有基本的理解,例如Li+濃度如何在Li負(fù)極表面演變,以及Li負(fù)極如何與固體電解質(zhì)相互作用。

二、正文部分

1、成果簡介

近日,哥倫比亞大學(xué)楊遠(yuǎn)教授,閔瑋教授和Qian Cheng,通過受激拉曼散射顯微鏡證明,固體聚合物電解質(zhì)中的濃差極化可以誘導(dǎo)聚乙烯氧化物(PEO)電解質(zhì)發(fā)生相變,在鋰/電解質(zhì)界面形成一個(gè)富PEO但貧鹽/增塑劑的新相。與本體聚合物電解質(zhì)(《1 MPa)相比,新相具有高得多的楊氏模量(~1-3 GPa)。因此,PEO電解質(zhì)的組成應(yīng)在相圖中單相區(qū)和兩相區(qū)的邊界附近,這樣施加的電流可以誘導(dǎo)形成機(jī)械剛性的富PEO相來抑制鋰晶須。具有濃差極化誘導(dǎo)相變的LiFePO4/PEO/Li電池可以可逆循環(huán)100次,而沒有這種相變的電池在10次循環(huán)內(nèi)失效,證明了該策略的有效性。該研究以題目為“Stabilizing lithium plating in polymer electrolytes by concentration-polarization-induced phase transformation”的論文發(fā)表在國際頂級期刊《Joule》上。

a724cfa8-2d86-11ed-ba43-dac502259ad0.png

2、研究亮點(diǎn)

本工作利用具有高時(shí)間分辨率、成像速度和靈敏度的受激拉曼散射(SRS)顯微鏡研究了固體聚合物電解質(zhì)(SPE)與電極的相互作用。結(jié)果表明,濃差極化并沒有促進(jìn)晶須的生成,而是降低了鋰/電解質(zhì)界面的鹽濃度,使單相PEO電解質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)閮上郟EO電解質(zhì)。這導(dǎo)致在鋰/電解質(zhì)界面形成了模量為~1-3 GPa的機(jī)械剛性富PEO相,對應(yīng)的剪切模量為0.36-1.06 GPa(圖1B)。這么的高模量抑制了晶須的生長,使鋰沉積均勻。因此,電解質(zhì)成分應(yīng)位于PEO-鹽-增塑劑相圖中單相區(qū)和兩相區(qū)的邊界處,這樣通過小電流誘導(dǎo)形成輕微的濃差極化,就可以在金屬鋰表面獲得機(jī)械剛性的富PEO相,使金屬鋰鈍化。具有濃差極化誘導(dǎo)機(jī)制的LiFePO4(LFP)/PEO/Li電池能夠穩(wěn)定循環(huán)超過100次。

3、圖文導(dǎo)讀

a73d84ee-2d86-11ed-ba43-dac502259ad0.png

【圖1】(A和B)Li/Li電池中高濃度聚合物電解質(zhì)(HCPE)和低濃度聚合物電解質(zhì)(LCPE)的SRS成像示意圖。(C)Li/PEO/Li電池的亮場圖像。上圖為電池結(jié)構(gòu),下圖為光學(xué)顯微鏡放大后的圖像,比例尺為100 mm。(D)LCPE的拉曼光譜。LCPE對應(yīng)的組成為EOSN=122.64(摩爾濃度)。(E)1245 cm-1處LiTFSI峰的拉曼強(qiáng)度圖隨PEO電解質(zhì)中Li:EO比的演變,顯示出良好的線性關(guān)系。1.1 M和1.8 M LiTFSI的點(diǎn)分別對應(yīng)LCPE和HCPE。

自制了鋰對稱電池,并通過SRS顯微鏡研究Li/PEO電解質(zhì)相互作用(圖1C)。在該電池中,PEO電解液填充在兩塊鋰之間的空隙中,所有組件被夾在兩塊玻片之間,用環(huán)氧樹脂密封。PEO電解質(zhì)以雙(三氟甲磺酰)亞胺鋰(LiTFSI)為鹽,琥珀腈(SN)為增塑劑,以增強(qiáng)離子電導(dǎo)率,使其可在室溫(RT)下運(yùn)行。圖1D的LCPE拉曼光譜顯示,在1245 cm-1(C-F拉伸)、2250 cm-1(C≡N拉伸)和2800 cm-1(C-H的拉伸振動(dòng))附近的峰分別為LiTFSI、SN和PEO的拉曼特征峰(圖1D)。由于電解質(zhì)滿足電中性要求,因此[Li+]可以被認(rèn)為等于[TFSI-]。測量[TFSI-]可以用來表示局部的[Li+]。而TFSI-的拉曼強(qiáng)度與其濃度成正比,因此可以將拉曼信號轉(zhuǎn)換為化學(xué)濃度(圖1E)。

a7684486-2d86-11ed-ba43-dac502259ad0.png

【圖2】(A-D)HCPE中鋰晶須的生長。(A)[Li+]=[TFSI-]三個(gè)代表性階段的亮場及對應(yīng)的SRS圖像。(B)(A)中Li/Li電池的電壓曲線。(C)[Li+]=[TFSI-]隨時(shí)間的變化,(D)鋰生長速率(v)隨時(shí)間的變化。界面1為鋰電極與PEO電解質(zhì)的邊界。(E-H)鋰在LCPE中的生長。(E)[Li+]三個(gè)代表性階段的亮場圖像和SRS圖像。(F)(E)中Li/Li電池的電壓曲線。黃色的陰影對應(yīng)富PEO相的出現(xiàn),綠色的陰影表示富PEO相已經(jīng)覆蓋整個(gè)鋰表面。(G)[Li+]=[TFSI-]隨時(shí)間的變化,(H)鋰生長速率(v)隨時(shí)間的變化。界面2為富PEO相與各向同性體相聚合物電解質(zhì)之間的邊界,如圖(E)中SRS圖像中的虛線所示。比例尺為50 mm。兩個(gè)電池的電極距離均為500mm。在室溫下,對兩個(gè)電池施加0.5 mA cm-2的電流密度。

以EOSN=122.64和122.64,分別制備了高濃度聚合物電解質(zhì)(HCPE)和低濃度聚合物電解質(zhì)(LCPE),并進(jìn)行了研究,HCPE對應(yīng)的LiTFSI和SN濃度分別為1.8 M和2.4 M, LCPE對應(yīng)的LiTFSI和SN濃度分別為1.1 M和2.9 M。兩種情況下SN與PEO的重量比均固定在40%。

對于HCPE(圖2A),施加0.5 mA cm-2的電流時(shí),鋰表面的[Li+]([Li+]0 μm)從t=0時(shí)的1.8 M逐漸消耗到t=27 min時(shí)的1.2 M,之后[Li+]0 μm在穩(wěn)定在~1.2 M(圖2B和2C)。同時(shí),在t=0的鋰生長速率(v)從0.27±0.18 μm min-1迅速增加到t=27 min的0.9±0.46 μm min-1(圖2D)。之后,v在剩余的時(shí)間里急劇增加到~1.5 μm min-1,導(dǎo)致了97%的超高孔隙率,表明HCPE不能抑制晶須的生長。這些結(jié)果表明,如果不發(fā)生相變,Li/聚合物電解質(zhì)界面的離子濃差極化促進(jìn)了晶須的生長。

圖2E和2F的SRS圖像和明場(BF)圖像顯示,與HCPE中觀察到的行為相反,LCPE中的濃差極化導(dǎo)致鋰/電解質(zhì)界面發(fā)生相變過程,這反而能抑制鋰晶須的生長。首先,在SRS中,新相出現(xiàn)在藍(lán)色區(qū)域,在BF中表現(xiàn)為粒狀區(qū)域。從Li/電解質(zhì)界面(界面1)上的[LiTFSI]和新相與各向同性體相電解質(zhì)界面(界面2)外的[LiTFSI]對比可以看出,富PEO相的[LiTFSI]比相鄰各向同性體相電解質(zhì)中的[LiTFSI]低得多(圖2G)。這一差異在t=15 min時(shí)為0.79/0.74 M,在t=30 min時(shí)為0.87/0.61 M,在t=79 min時(shí)為0.89/0.43 M。

這一新相的出現(xiàn)能夠有效地抑制鋰晶須的生長。雖然在t=0時(shí)觀察到鋰晶須生長,v為~0.3 μm min-1(87%孔隙率),但在t=30 min時(shí),富PEO相初步形成后,v迅速下降到0.048 μm min-1(圖2H),相當(dāng)于孔隙率為16%。在這一階段,富PEO相逐漸在金屬鋰表面形成。新相完全覆蓋Li金屬表面后,30 ~ 63 min的平均v僅為0.044 μm min-1,孔隙率為9.2%,約為HCPE的三十分之一,表明鋰沉積致密均勻。這種行為在濃差極化過程中不僅是自發(fā)的,而且是自增強(qiáng)的。例如,如果鋰晶須在某一位置生長迅速,局域電流密度會(huì)增加,導(dǎo)致濃差極化更大,從而形成更厚的富PEO相,從而抑制晶須的生長。

a77c32b6-2d86-11ed-ba43-dac502259ad0.png

【圖3】(A)PEO-LiTFSI-SN三元相圖。橙色代表各向同性單相區(qū)域,其他區(qū)域代表兩相區(qū)域。三角形頂部的彩虹色區(qū)域代表相圖中相應(yīng)組分形成的富PEO相楊氏模量分布。(B)當(dāng)施加電流時(shí),聚合物電解質(zhì)中初始鹽濃度影響富PEO層厚度和覆蓋面積的示意圖。(C)當(dāng)c0較高時(shí),沒有形成富PEO層,容易形成鋰晶須(c0cb)。(D)c0略高于cb,因此晶須通常比富PEO層更早形成。這導(dǎo)致了鋰晶須生長的部分鈍化。(E)c0cb時(shí),富PEO相對金屬鋰的鈍化效果最好。(F)c0《cb時(shí),它具有較低的離子電導(dǎo)率,可能導(dǎo)致厚的富PEO層。

在排除電解質(zhì)分解的可能性后,在高通量SRS的幫助下構(gòu)建了PEO-LiTFSI-SN三元相圖(圖3A),以研究相隨成分的演化。相圖由中間(橙色)的單相各向同性區(qū)(I區(qū))和角落處的三個(gè)兩相區(qū)(白色區(qū))組成。圖3A顯示,HCPE的組成位于I區(qū)中心。當(dāng)施加電流時(shí),鋰金屬表面的[LiTFSI]逐漸降低(圖3A中的路徑A)。由于HCPE中鹽濃度較高,濃極化過程中Li/電解質(zhì)界面處的電解質(zhì)成分保持在I區(qū),沒有發(fā)生相變。

相比之下,LCPE的組成非常接近單相I區(qū)和兩相區(qū)的邊界(cb),容易發(fā)生濃差極化(圖3A中的路徑B和3E),因?yàn)樾纬蓛上啾缺3謫蜗嘣跓崃W(xué)上更穩(wěn)定。由于較大的離子濃度梯度,較低的t+可以在較早的時(shí)間觸發(fā)相變。這種相變不僅使新相的[LiTFSI]降低,而且使[SN]降低,將SN排斥到各向同性電解質(zhì)中。

在EOSN=82.64的Li/Li電池中,鹽濃度略高于cb。鋰沉積開始后,鋰晶須先生長,未觀察到富PEO相。而當(dāng)鋰表面鹽濃度逐漸降低至低于cb時(shí),富PEO相出現(xiàn)并增厚,抑制了鋰晶須的生長。但由于鋰晶須最初呈針狀,導(dǎo)致富PEO相不能完全覆蓋在鋰表面,破壞了保護(hù)的有效性。最后,測試了濃度為0.52 M LiTFSI和2.6 M SN的聚合物電解質(zhì),該聚合物電解質(zhì)位于兩相區(qū)深處。這種固體電解質(zhì)具有較低的離子電導(dǎo)率,無法正常運(yùn)行。

從以上四種情況可以得出結(jié)論,富PEO層來源于RT時(shí)或近RT時(shí)的固相轉(zhuǎn)變,其形成高度依賴于PEO電解質(zhì)中的鹽濃度(圖3B)。如果初始鹽濃度(c0)在單相區(qū)較深處,則HCPE(c0cb)時(shí),不太可能形成富PEO相(圖3C)。當(dāng)c0略高于cb時(shí),晶須可能在富PEO相形成之前就開始形成,因此不能完全抑制晶須生長(圖3D)。如果c0接近c(diǎn)b(LCPE),即使很小的電流也能形成富PEO相,在短時(shí)間內(nèi)完全覆蓋鋰表面,有效抑制晶須(圖3E)。如果c0《cb,聚合物電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率通常較低。此外,富PEO的相很容易在金屬鋰表面形成,但它可能太厚而不能導(dǎo)電(圖3F)。

基于以上分析,提出了LMBs聚合物電解質(zhì)的設(shè)計(jì)原則:電解質(zhì)成分應(yīng)位于PEO-鹽-增塑劑相圖中單相區(qū)域和兩相區(qū)域的邊界處,這樣只需要很小的電流就會(huì)導(dǎo)致鹽濃度降低,并在金屬鋰表面形成機(jī)械強(qiáng)度高的富PEO相。

a78eb594-2d86-11ed-ba43-dac502259ad0.png

【圖4】(A)各向同性體相電解質(zhì)(I區(qū),HCPE)和(B)富PEO相的AFM拉伸和收縮力曲線。(C)(A)和(B)樣品對應(yīng)的力-壓痕曲線。(D)不同鹽濃度下富PEO相的楊氏模量。(E)高濃度(2 M鹽)和(F)低濃度(1 M鹽)固體聚合物電解質(zhì)在 0.5 mA cm-2下鋰電沉積的相場模擬。

富PEO相對鋰晶須的有效抑制是由鋰/電解質(zhì)界面相變過程中的機(jī)械力-化學(xué)耦合引起的。為了驗(yàn)證這一點(diǎn),使用AFM測量了不同組成的SPE楊氏模量,包括各向同性相(I區(qū))和富PEO相,并將結(jié)果疊加在圖3A的相圖上。對于HCPE(1.8 M LiTFSI, 2.4 M SN),接近曲線顯示,當(dāng)尖端壓入電解質(zhì)時(shí),懸臂梁沒有變形,說明電解質(zhì)非常柔軟(圖4A)。針尖縮回時(shí)檢測到大的懸臂撓度,證實(shí)針尖被壓在HCPE內(nèi)部,電解質(zhì)有粘性。圖3A中I區(qū)內(nèi)的所有SPE和兩相區(qū)域中SPE的各向同性相顯示出相似的結(jié)果(楊氏模量《1 MPa),表明它們不能抑制鋰晶須的生長。

相反,SPE中形成的富PEO相表現(xiàn)出不同的力曲線。樣品整體組成為0.6 M LiTFSI, 3.3 M SN,其中富PEO相包含0.52 M LiTFSI和2.6 M SN(圖4B)。采用Sneddon模型,對應(yīng)的模量為1.6 GPa(圖4C),壓痕硬度為~410-780 MPa。材料的壓痕硬度通常是其抗拉強(qiáng)度的3倍,這意味著富PEO相的抗拉強(qiáng)度為~137 MPa。這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了金屬鋰的硬度(~7-43 MPa)和屈服強(qiáng)度(0.6-1.3 MPa),所以在鋰沉積過程中金屬鋰的蠕變是不可避免的,導(dǎo)致鋰晶須的生長受到抑制。而體相PEO電解質(zhì)的模量《1 MPa,與金屬鋰的硬度和屈服強(qiáng)度相近或較小,因此不能抑制鋰晶須的生長。

為了進(jìn)一步了解Li/電解質(zhì)界面上的機(jī)械力-化學(xué)耦合作用,本研究利用原子力顯微鏡(AFM)系統(tǒng)地測定了PEO電解質(zhì)中富PEO相的機(jī)械性質(zhì)。圖4D顯示,當(dāng)富PEO相的[LiTFSI]分別降至0.80和0.44 M時(shí),富PEO相的模量迅速上升至1.2 ~ 1.8 GPa。進(jìn)一步研究I+富PEO兩相區(qū)的富PEO相楊氏模量(圖3A)可以看出,當(dāng)[LiTFSI]小于0.8 M時(shí),模量通常在1 GPa以上。由于純PEO的楊氏模量為5-7 GPa,因此,在有限鹽/增塑劑的半晶化富PEO層中,其楊氏模量可以達(dá)到1-2 GPa。上述結(jié)果表明,濃差極化誘導(dǎo)的鋰沉積穩(wěn)定機(jī)制是有效的。

相場模擬結(jié)果也證實(shí)了上述抑制機(jī)制的合理性,該模擬考慮了機(jī)械力-化學(xué)耦合。基于上述結(jié)果,模擬假設(shè)在[LiTFSI]《0.85 M時(shí)形成富PEO相,富PEO相的楊氏模量為1.6 GPa,而[LiTFSI]0.85 M區(qū)域的模量為1 MPa。由于在HCPE中沒有形成新相,鋰晶須在軟的各向同性體聚合物電解質(zhì)中快速生長(圖4E)。相反,當(dāng)[Li+]極化至0.85 M以下時(shí),會(huì)形成富PEO相,有效抑制鋰晶須的生長(圖4F)。沉積的鋰均勻,表面[Li+]不均勻性較低。這些模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常吻合,證明高楊氏模量富PEO相的形成能夠抑制晶須生長。

a7b86db2-2d86-11ed-ba43-dac502259ad0.png

【圖5】0.5 mA cm-2下,在(A)LCPE和(B)HCPE中鋰電極電鍍和剝離的明場圖像。比例尺為100 μm。具有LCPE的LiFePEO4/Li電池(C)循環(huán)性能和(D)相應(yīng)的充放電曲線。(E)循環(huán)100次后金屬鋰表面的SEM圖像。具有HCPE的LiFePO4/Li金屬電池(F)循環(huán)性能和(G)相應(yīng)的充放電曲線。(H)循環(huán)40次后金屬鋰表面的SEM圖像。(E)和(H)中的比例尺為10 μm。兩個(gè)電池的電流密度為0.15 mA cm-2。所有電池在40℃下測試。

接下來,研究了這種策略在Li/Li電池和全電池循環(huán)中的有效性。首先,使Li/SN-LCPE/Li對稱電池在0.5mA cm-2@0.25 mAh cm-2下循環(huán)20次。第一次沉積時(shí)沒有形成明顯的鋰晶須,鋰突起被不斷增長的富PEO相凍結(jié),鋰沉積穩(wěn)定。在鋰剝離過程中,富PEO相和金屬鋰電極均收縮,不形成任何死鋰。20次循環(huán)后,鋰表面略有前移,表明這種抑制機(jī)制在多次循環(huán)后都是有效的。相比之下,如果沒有富PEO相,使用HCPE的Li/Li電池在前幾個(gè)循環(huán)內(nèi)可以觀察到快速的晶須生長,在重復(fù)剝離過程中形成大量的死鋰(圖5B)。

圖5C顯示,使用LCPE組裝的LiFePO4/PEO/Li全電池實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定的循環(huán)。初始放電容量為160.2 mAh g-1,CE為93.4%,在第10個(gè)循環(huán)中由于活化,容量緩慢增加到164.2 mAh g-1。100次循環(huán)后,容量為156.1 mAh g-1,容量保持率為97.4%。第5個(gè)循環(huán)到第100個(gè)循環(huán)的平均CE為99.5%(圖5C)。充放電曲線顯示,內(nèi)阻只略有增加,沒有出現(xiàn)晶須引起的短路現(xiàn)象(圖5D)。SEM進(jìn)一步顯示,100次循環(huán)后,金屬鋰表面相對平坦,偶爾出現(xiàn)島狀形貌,表明富PEO相抑制鋰晶須的有效性(圖5E)。

另一方面,具有HCPE的LFP/PEO/Li電池很快失效,40次循環(huán)后容量從151.5 mAh g-1下降到26.2 mAh g-1(圖5F)。充放電曲線顯示,過電位急劇增加,表明可能存在晶須生長(圖5G)。SEM圖(圖5H)證實(shí),CE平均值僅為98.2%,這可能是由于鋰晶須生長旺盛所致。

a7d44834-2d86-11ed-ba43-dac502259ad0.png

【圖6】采用PC/LiDFOB-LiBF4雙鹽基LCPE和HCPE制備的Li/Li電池和LFP/Li電池中金屬鋰負(fù)極的循環(huán)穩(wěn)定性(A和B)采用(A)LCPE和(B)HCPE制備的Li/Li電池在0.75 mA cm-2@0.375 mAh cm-2下循環(huán)時(shí),鋰負(fù)極的明場像。具有(C和D)LCPE和(D)HCPE的LiFePO4/Li金屬電池在38℃下的循環(huán)性能。電流密度為0.3 mA cm-2。在LCPE中,PEOLiBF4=121, PC為PEO的90 wt%。在HCPE中,PEOLiBF4=61, PC是PEO的90 wt%。

這種相分離誘導(dǎo)晶須抑制在PEO電解質(zhì)中是普遍存在的。在另一種二氟硼酸鋰(LiDFOB)和四氟硼酸鋰(LiBF4)溶解在PEO/碳酸丙烯酯(PC)增塑劑的體系中,也觀察到類似的現(xiàn)象。首先確定了該體系中單相區(qū)和兩相區(qū)的邊界,即EO:Li+=6處。因此,在0.75 mA cm-2@0.375 mAh cm-2下對Li/PC-LCPE/Li電池進(jìn)行測試,并使用光學(xué)顯微鏡對其進(jìn)行表征。在鋰沉積過程中觀察到富PEO層,該層能夠抑制鋰晶須(圖6A)。相比之下,EO/Li+=3的PC-HCPE沒有出現(xiàn)相分離,形成了明顯的晶須和死鋰(圖6B)。圖6C顯示,LFP/PC-LCPE/Li電池在0.3 mA cm-2能夠穩(wěn)定循環(huán)超過160次。而用PC-HCPE替代PC-LCPE時(shí),100次循環(huán)后電池容量保持率僅為17.3%(圖6D)。

4、總結(jié)與展望

本工作利用具有高時(shí)間和空間分辨率的SRS顯微鏡,首次觀察到聚合物電解質(zhì)中的動(dòng)態(tài)濃差極化、相變以及它們與鋰沉積的相關(guān)性。結(jié)果表明,濃差極化會(huì)誘導(dǎo)聚合物電解質(zhì)中的相變,以及電極/電解質(zhì)界面上富PEO相的形成。這種相變也存在于其他各種聚合物電解質(zhì)體系中。這種新相的楊氏模量高達(dá)3 GPa,通過在鋰負(fù)極上充當(dāng)可逆的、自增強(qiáng)的保護(hù)層,有效地抑制了鋰晶須的生長。相比之下,沒有這種相變,傳統(tǒng)的聚合物電解質(zhì)具有較小的模量《1 MPa,鋰晶須快速生長?;谏鲜鼋Y(jié)果,本工作提出了聚合物電解質(zhì)的設(shè)計(jì)原則:在PEO-鹽-增塑劑相圖中,電解質(zhì)的組成應(yīng)該在單相和兩相區(qū)域的邊界處,這樣電流就可以很容易地降低金屬鋰表面的鹽濃度,從而在金屬鋰表面形成富PEO相。利用該機(jī)制,LFP/PEO/Li電池能夠穩(wěn)定循環(huán),而沒有該機(jī)制的電池在10個(gè)循環(huán)內(nèi)迅速失效。該策略也與目前的電池材料制造工藝相兼容。此外,該策略對不同的鹽和增塑劑具有普適性和有效性,有利于開發(fā)具有高熱穩(wěn)定性和能量密度的固體聚合物電解質(zhì)基LMBs。

審核編輯 :李倩

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
  • 電解質(zhì)
    +關(guān)注

    關(guān)注

    6

    文章

    819

    瀏覽量

    20118
  • 固態(tài)電池
    +關(guān)注

    關(guān)注

    10

    文章

    702

    瀏覽量

    27882

原文標(biāo)題:哥倫比亞大學(xué)楊遠(yuǎn)Joule:反其道而行之,濃差極化對固態(tài)電池竟是好事?

文章出處:【微信號:清新電源,微信公眾號:清新電源】歡迎添加關(guān)注!文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

收藏 人收藏

    評論

    相關(guān)推薦

    研究論文::乙烯碳酸酯助力聚合物電解質(zhì)升級,提升高電壓金屬電池性能

    1、 導(dǎo)讀 >> ? ? 該研究探討了乙烯碳酸酯(VC)添加劑在聚丙烯酸酯(PEA)基固態(tài)聚合物電解質(zhì)的作用。結(jié)果表明,VC添加劑顯著提升了電解質(zhì)的鋰離子電導(dǎo)率和遷移數(shù),同時(shí)提高了
    的頭像 發(fā)表于 01-15 10:49 ?174次閱讀
    研究論文::乙烯碳酸酯助力<b class='flag-5'>聚合物</b><b class='flag-5'>電解質(zhì)</b>升級,提升高電壓<b class='flag-5'>鋰</b>金屬電池性能

    清華深研院劉思捷/港科大Kristiaan Neyts最新AEM封面文章:硫化復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)

    復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及其全固態(tài)鋰離子電池的應(yīng)用,并被評選為正封面(front cover)文章。 ? ? 本文綜述了硫化聚合物復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)(SSEs)在高能量密度全固態(tài)鋰離子電池(SS
    的頭像 發(fā)表于 01-07 09:15 ?113次閱讀
    清華深研院劉思捷/港科大Kristiaan Neyts最新AEM封面文章:硫化<b class='flag-5'>物</b>復(fù)合固態(tài)<b class='flag-5'>電解質(zhì)</b>

    陳軍院士團(tuán)隊(duì)最新Angew,聚合物電解質(zhì)新突破

    際應(yīng)用潛力。凝膠聚合物電解質(zhì)(GPEs)兼具高機(jī)械性能和優(yōu)異的電化學(xué)性能具備廣闊的產(chǎn)業(yè)化前景。然而,傳統(tǒng)的納米填料添加策略往往由于填料分布不均勻和微域結(jié)構(gòu)不一致,導(dǎo)致離子遷移效率降低,電極/電解質(zhì)界面(EEI)
    的頭像 發(fā)表于 01-06 09:45 ?140次閱讀
    陳軍院士團(tuán)隊(duì)最新Angew,<b class='flag-5'>聚合物</b><b class='flag-5'>電解質(zhì)</b>新突破

    半互穿網(wǎng)絡(luò)電解質(zhì)用于高電壓金屬電池

    研究背景 基于高鎳正極的金屬電池的能量密度有望超過400 Wh kg-1,然而在高電壓充電時(shí),高鎳正極在高度去化狀態(tài)下,Ni4+的表面反應(yīng)性顯著增強(qiáng),這會(huì)催化正極與電解質(zhì)界面之間的有害副反應(yīng)
    的頭像 發(fā)表于 12-23 09:38 ?304次閱讀
    半互穿網(wǎng)絡(luò)<b class='flag-5'>電解質(zhì)</b>用于高電壓<b class='flag-5'>鋰</b>金屬電池

    北京科技大學(xué)范麗珍教授團(tuán)隊(duì)In和F共摻雜LPSCl制備固體電解質(zhì)

    對其廣泛應(yīng)用造成嚴(yán)重限制。在這種情況下,采用固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池為提高安全性提供了巨大的潛力。在不同的粒子,硫化的離子導(dǎo)電性是非常好的。此外,硫化SES還具有機(jī)械健壯性等優(yōu)點(diǎn)
    的頭像 發(fā)表于 12-04 10:05 ?251次閱讀
    北京科技大學(xué)范麗珍教授團(tuán)隊(duì)In和F共摻雜LPSCl制備固體<b class='flag-5'>電解質(zhì)</b>

    一種創(chuàng)新的超薄固體聚合物電解質(zhì)

    傳統(tǒng)液態(tài)電解質(zhì)在鋰離子電池中的應(yīng)用,盡管廣泛,但在極端環(huán)境條件下可能不可避免地面臨泄漏、燃燒乃至爆炸的風(fēng)險(xiǎn),這些安全隱患顯著制約了其更為廣泛的部署。
    的頭像 發(fā)表于 11-01 10:31 ?581次閱讀
    一種創(chuàng)新的超薄固體<b class='flag-5'>聚合物</b><b class='flag-5'>電解質(zhì)</b>

    固態(tài)電池中復(fù)合陽極上固體電解質(zhì)界面的調(diào)控

    采用固體聚合物電解質(zhì)(SPE)的固態(tài)金屬電池(SSLMB)具有更高的安全性和能量密度,在下一代儲能領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用前景。
    的頭像 發(fā)表于 10-29 16:53 ?513次閱讀
    固態(tài)電池中復(fù)合<b class='flag-5'>鋰</b>陽極上固體<b class='flag-5'>電解質(zhì)</b>界面的調(diào)控

    無極電容器有電解質(zhì)嗎,無極電容器電解質(zhì)怎么測

    無極電容器通常存在電解質(zhì)電解質(zhì)在無極電容器起著重要作用,它可以增加電容器的電容量和穩(wěn)定性。然而,電解質(zhì)也可能帶來一些問題,如漏電和壽命問
    的頭像 發(fā)表于 10-01 16:45 ?445次閱讀

    聚合物電池和三元鋰電池的區(qū)別

    ),又稱高分子鋰電池。其正極材料可包括鈷酸、錳酸、三元材料和磷酸鐵等多種材料,負(fù)極通常為石墨。關(guān)鍵區(qū)別在于其電解質(zhì)聚合物電池使用固體
    的頭像 發(fā)表于 09-29 09:59 ?3921次閱讀

    聚合物電池與鋰電池的區(qū)別

    以下是一些關(guān)鍵點(diǎn): 結(jié)構(gòu)和材料 : 聚合物電池 :使用凝膠狀的聚合物電解質(zhì),通常由鹽和聚合物基質(zhì)組成。這種結(jié)構(gòu)提供了更好的安全性,因?yàn)?/div>
    的頭像 發(fā)表于 09-29 09:56 ?617次閱讀

    鈮酸調(diào)控固態(tài)電解質(zhì)電場結(jié)構(gòu)促進(jìn)鋰離子高效傳輸!

    聚合物基固態(tài)電解質(zhì)得益于其易加工性,最有希望應(yīng)用于下一代固態(tài)金屬電池。
    的頭像 發(fā)表于 05-09 10:37 ?885次閱讀
    鈮酸<b class='flag-5'>鋰</b>調(diào)控固態(tài)<b class='flag-5'>電解質(zhì)</b>電場結(jié)構(gòu)促進(jìn)鋰離子高效傳輸!

    請問聚合物電解質(zhì)是如何進(jìn)行離子傳導(dǎo)的呢?

    在目前的聚合物電解質(zhì)體系,高分子聚合物在室溫下都有明顯的結(jié)晶性,這也是室溫下固態(tài)聚合物電解質(zhì)
    的頭像 發(fā)表于 03-15 14:11 ?1320次閱讀
    請問<b class='flag-5'>聚合物</b><b class='flag-5'>電解質(zhì)</b>是如何進(jìn)行離子傳導(dǎo)的呢?

    聚合物鋰電池是什么 鋰離子電池和聚合物鋰電池的區(qū)別

    聚合物鋰電池是什么 鋰離子電池和聚合物鋰電池的區(qū)別? 聚合物鋰電池是一種新型的鋰離子電池,它采用了由聚合物形成的電解質(zhì),相比傳統(tǒng)的液態(tài)
    的頭像 發(fā)表于 03-07 16:54 ?1596次閱讀

    不同類型的電池的電解質(zhì)都是什么?

    聚合物,如固態(tài)電池,固態(tài)陶瓷和熔融鹽(如鈉硫電池)中使用的聚合物。 鉛酸電池 鉛酸電池使用硫酸作為電解質(zhì)。充電時(shí),隨著正極板上形成氧化鉛(PbO2),酸變得更稠密,然后在完全放電時(shí)變成幾乎水。鉛酸電池有溢流和密封
    的頭像 發(fā)表于 02-27 17:42 ?1706次閱讀

    介電填料誘導(dǎo)雜化界面助力高負(fù)載金屬電池

    采用高安全和電化學(xué)穩(wěn)定聚合物固態(tài)電解質(zhì)取代有機(jī)電解液,有望解決液態(tài)金屬電池的產(chǎn)氣和熱失控等問題。
    的頭像 發(fā)表于 01-22 09:56 ?1232次閱讀
    介電填料<b class='flag-5'>誘導(dǎo)</b>雜化界面助力高負(fù)載<b class='flag-5'>鋰</b>金屬電池