使用双层聚合物电解质锂离子电池

一个研究小组从西班牙、法国和澳大利亚的发展和优势凸显了双层聚合物锂离子电池的电极。他们的研究已经发表在《华尔街日报》ACS能源字母。

研究:对高压固态Li-Metal电池双层聚合物电解质。图片来源:Black_Kira / Shutterstock.com

锂离子电池

锂离子电池已成为一个关键技术在寻找可再生、清洁能源解决方案。这些设备用于电力目前使用几乎所有的便携式电子设备,驱动向电气化在中期和大规模工业应用导致了研究材料和化学反应,促进锂离子电池的发展与更高的能量阈值。亚博网站下载

在当前提出的技术在锂离子电池领域的研究中,固态锂金属电池、固体聚合物电解质,被证明是有前途的。这些设备可以提供比传统电池更高的能量密度,改善了安全。代替固体聚合物电解质的电解液,可以实现更高效的细胞堆积。此外,高能Li-metal电极可以合并,增加机械和热稳定性和最小化树突传播。

静态NMR谱线宽度测量在不同的温度下(a)⁷李和(b)¹⁹f .图片来源:Aresse-Igor, M et al ., ACS能源信件

提高固态锂金属电池的性能

在设计固态锂金属电池时,必须注意材料的选择,尤其是固体聚合物电解质。亚博网站下载亚博网站下载材料在不同的设备组件必须满足不同的性能要求。当用作电解质时,他们必须与锂化学兼容,并提供良好的阴极稳定性。相反,当用于阴极、固体聚合物电解质必须兼容高压的化学活性物质和提供足够的阳极稳定。

到目前为止,发现聚合物,可以承受巨大的能源缺口已经被证明是一个挑战。聚(环氧乙烷)已经被广泛的研究作为一种固体聚合物电解质由于理想间距沿聚合物链醚组和高溶解能力的群体。然而,环氧乙烷单位可以成为氧化电压时,限制与高压阴极材料的使用。

几种方法研究了最小化的氧化聚合物电池的正极。研究人员结合陶瓷颗粒,涂层活性材料提高电解质的稳定性,研究了防止界面固态反应通yabo214过使用液体添加剂,和更多的方法。亚博网站下载然而,这些方法还不够,因为他们可以降低固态锂金属电池的安全性和消耗他们的能量和功率密度高。

使用阴极电解液,这是稳定在高电压,可以提高这些设备的潜力。其他聚合物提出了对于这个应用程序,包括聚(丙烯碳酸)。穷人的化学兼容性与金属锂固体聚合物电解质是其使用的缺点,但也有一些其他的属性,使这种材料有吸引力,比如它足够的离子电导率和电化学稳定性高。

聚(丙烯碳酸酯)的另一个优点,一个有吸引力的阴极电解液是广泛的有机溶剂的溶解度。这个属性允许将电解液分层准备使用浆涂料。

计时电流法和EIS的锂离子迁移数估计PEO-LiTFSI (a)和(b) PEO-LiPSTFSI对应的拟合曲线。图片来源:Aresse-Igor, M et al ., ACS能源信件

这项研究

作者开发了一种固态锂金属电池与聚(环氧乙烷)作为固体聚合物电解质和聚(丙烯碳酸酯)作为阴极电解液。这些聚合物的使用改善了设备的锂金属稳定和高压的能力。这种方法被称为double-polymer电极。锂盐的选择的方法与谨慎。

使用聚(丙烯碳酸酯)作为阴极电解液显著提高电池的循环性能。此外,这些设备的顺利实现循环由于更高的锂移情。细胞由作者开发的实现超过80%的容量保留超过八十周期。此外,他们的库仑效率接近100%。总的来说,double-polymer电极方法由作者开发创建细胞与更高的效率比目前报道的设备。

双层固体聚合物电解质研究开发的集成到一个电池和锂金属电极和林_x锰_y有限公司₂O₂作为活性物质,并使用high-areal-capacity电极装置显著提高容积和重量的能量密度。

电池过电压进化在细胞循环20和70°C / C 1 mAh·厘米²PEO-LiPSTFSI细胞和DLPE细胞(估计电位差在每个周期的放电容量的50%)。图片来源:Aresse-Igor, M et al ., ACS能源信件

双层聚合物电解质的方法授予两个主要改善了当前的技术。首先,SLIC电解质用于确保锂离子迁移率增加,避免了副反应的方法在负电极离子积累造成的。其次,取代聚(环氧乙烷)和聚(丙烯碳酸酯)正极改善稳定在更高的电压,从而增加了细胞的稳定在高潜力。

总之,研究论文展示了一个创新的方法制造高性能、稳定的固态锂金属电池使用双层两种固体聚合物电解质。作者工作的前景发展的下一代电池各种高需求的工业应用。

进一步的阅读

Aresse-Igor, M et al . (2022)对高压固态Li-Metal电池双层聚合物电解质(在线)ACS的能量。7页。1473 - 1480 | pubs.acs.org。可以在:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c00488

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