2021年5月18日
宁波材料技术与工程研究所(NIMTE)先进锂离子电池工程实验室的研究人员亚博网站下载中国科学院亚博老虎机网登录(CAS)明确了复合固体电解质中离子和电子迁移的机理。
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这是在导电原子力显微镜(c-AFM)的帮助下完成的，这使得设计高性能固体电解质变得更容易。这项研究发表在能源存储材料亚博网站下载日报》。
与传统的锂离子电池相比，以固体材料为电解质的固态电池具有更高的安全性和能量密度。亚博网站下载作为固体聚合物电解质(spe)和无机固体电解质(ISEs)的组合，CSEs表现出高的离子电导率和与电极的良好接触。但锂离子和无机粒子的迁移作用仍有争议。yabo214
为了解决这个问题，蔡申博士和他在NIMTE的合作者们创造了李7拉3.Zr2O12-聚乙烯氧化物(LLZO- peo) CSEs与不同比例的LLZO，即，0,50,75 wt %。
c-AFM由一个定量纳米机械测量模块(QNM)提供动力，该模块收集了样品的形貌和电流，同时获得了力学信息。利用原子力显微镜(c-AFM)研究了温度和LLZO含量对CSEs中电子和离子迁移的影响。
在低温条件下，无论LLZO含量如何，锂离子只能沿非晶态PEO运动。LLZO的增加导致了LLZO与PEO界面处PEO非晶态区域的发展，从而降低了PEO的玻璃化转变温度和结晶度。
在高温下，当加入少量(0和50 wt %)的LLZO时，锂离子大多沿非晶态PEO迁移。yabo214当LLZO含量(75 wt. %)增加时，LLZO粒子在PEO基体中形成了一个恒定的离子导电网络，然后锂离子通过LLZO粒子迁移。yabo214
制备的电解质表现出主导的锂离子迁移，其迁移幅度比电流大三个数量级。此外，PEO产生的电子电流远远大于LLZO，说明LLZO的增加可以增强cse的电子绝缘。
此外，由于LLZO的高模量和优异的绝缘性能，LLZO的加入将阻碍锂阳极中锂枝晶的生长。
本研究展示了无机颗粒含量和工作温度对CSEs性能的影响，为固体电池CSEs的设计和生长提供了更好的见解。
期刊引用:
沈,C。等．(2021)利用导电原子力显微镜揭示复合固体电解质中离子和电子的迁移机制。能源存储材料亚博网站下载．doi.org/10.1016/j.ensm.2021.04.028．
来源:https://english.cas.cn/