又薄又柔的固態(tài)電解質(zhì)，讓全固態(tài)鋰電池飛起來！

時間:2019-05-29 09:52來源:納米人 作者:綜合報道
點擊: 次
      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(fēng)險。解決電池安全性能的重要任務(wù)，就這樣落到了全固態(tài)鋰電池的肩上。
 
      為了獲得與基于液體電解質(zhì)的鋰電池相當?shù)哪芰棵芏龋腆w電解質(zhì)需要具有高離子電導(dǎo)率、力學(xué)強度好、不可燃、化學(xué)穩(wěn)定性等特性。然而，用于液體電解質(zhì)的商業(yè)聚合物電解質(zhì)隔板厚度僅有10 μm左右，如果采用如此薄的固體電解質(zhì)勢必會極大地增加電池短路的風(fēng)險。
 
      有鑒于此，斯坦福大學(xué)崔屹課題組設(shè)計了一種全新的不足10μm的超薄、柔性、聚合物復(fù)合固體電解質(zhì)，可以確保全固態(tài)鋰離子電池的安全性能。
圖1. 聚合物-聚合物 SPE設(shè)計
 
       要點1：設(shè)計理念
 
       復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)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(dǎo)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(dǎo)電性。復(fù)合電解質(zhì)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(zhì)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�；啺罚↙iTFSI）聚合物電解質(zhì)進行概念驗證，這種PI / PEO / LiTFSI固體電解質(zhì)中，超薄多孔PI基質(zhì)厚度僅8.6 μm。
 

圖2. PEO/LiTFSI表征   
       要點2：優(yōu)異性能
 
       雖然商業(yè)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(zhì)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(zhì)（246 Wh kg-1）時，全固態(tài)電池的能量密度與液體電解質(zhì)電池的能量密度相當，并且遠高于其他的電解質(zhì)電池。
 
       全固態(tài)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(zhì)（1 mg cm-2）相似的面積密度，確保其優(yōu)于其他固體電解質(zhì)系統(tǒng)。由于全固態(tài)LIB的電池外殼可能比液體電解質(zhì)LIB更簡單，所以固體聚合物-聚合物復(fù)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(xué)，例如硫和金屬鋰，可以實現(xiàn)更高的能量密度。
圖3. 全電池性能
 
       由于PI膜不易燃，力學(xué)強度高，即使經(jīng)過1000多小時的循環(huán)，也可持續(xù)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(dǎo)率（30°C時為2.3×10-4 S cm-1），基于PI / PEO / LiTFSI固體電解質(zhì)制造的全固態(tài)鋰離子電池在60°C時具有良好的循環(huán)性能（C / 2速率下200次循環(huán)），并可承受彎曲，切割和釘子穿透等測試。
圖4. PI/PEO/LiTFSI力學(xué)測試和耐火測試
圖5. PI/PEO/LiTFSI濫用測試
 
       小 結(jié)
 
       總之，這項研究設(shè)計了一種超薄、柔性、安全的聚合物復(fù)合固體電解質(zhì)，為發(fā)展更安全、更高效的全固態(tài)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.
 
(責(zé)任編輯：子蕊)
作者：綜合報道 ，如若轉(zhuǎn)載，請注明出處：http://jzr14e.cn/shushuo/jishu/2019052929350.html
看完這篇還不夠？如果你也也是同行業(yè)需要發(fā)布您的新聞報道，請 戳這里 告訴我們！
免責(zé)聲明：本文僅代表作者個人觀點，與中國電池聯(lián)盟無關(guān)。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內(nèi)容未經(jīng)本網(wǎng)證實，對本文以及其中全部或者部分內(nèi)容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，并請自行核實相關(guān)內(nèi)容。
凡本網(wǎng)注明 “來源：XXX（非中國電池聯(lián)盟）”的作品，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網(wǎng)贊同其觀點和對其真實性負責(zé)。
如因作品內(nèi)容、版權(quán)和其它問題需要同本網(wǎng)聯(lián)系的，請在一周內(nèi)進行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜歡
專題
相關(guān)新聞
本月熱點
歡迎投稿
聯(lián)系人：王女士
Email：cbcu#cbcu.com.cn
發(fā)送郵件時用@替換#
電話：010-56284224
在線投稿
微信公眾號