Fleksible faste elektrolytter til hel-solid-state lithium-batterier

Faste elektrolytter af granattypen tiltrækker stor interesse på grund af høj ionisk ledningsevne og fremragende elektrokemisk stabilitet mod Li-metal. Imidlertid er det tykke elektrolytlag og stive natur samt dårlig grænsefladekontakt enorme forhindringer for dets anvendelse i all-solid-state lithium-batterier. I øjeblikket fremlægger forskere i Kina en lovende strategi for at realisere 20 μm tyk fleksibel Li_6.4 La₃ Zr_1.4 Ta_0,6 O₁₂ -baseret solid elektrolyt til højtydende all-solid-state lithium-batterier.

De offentliggjorde deres arbejde den 4. juli i Energy Material Advances .

"Udviklingen af ​​højenergi-tæthed og sikre all-solid-state lithium-batterier, der anvender faste elektrolytter er bydende nødvendig," sagde forfatter Xiayin Yao, professor ved Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences (CAS). "Energitætheden på celleniveau af all-solid-state lithium-batterier afhænger i høj grad af tykkelsen af ​​faste elektrolytter, og uorganisk fast elektrolyt-tynd film viser generelt tyk og stiv natur."

Yao forklarede, at polymer-i-keramiske granat-baserede elektrolytter i det væsentlige kan overvinde de ovennævnte udfordringer ved granat-type keramiske elektrolytter.

"Polymer-i-keramisk granatbaseret fast elektrolyt kan kombinere fordelene ved fleksibilitet af polymerkomponent og fremragende elektrokemisk stabilitet, mekanisk modul og termisk stabilitet af uorganiske elektrolytter," sagde Yao. "På grund af polymerkomponentens ringere styrke viser polymer-i-keramisk granatbaseret fast elektrolyt generelt sprøde brud ved at reducere deres tykkelse under højt uorganisk indhold. Desuden er traditionelle polymer-i-keramiske granatbaserede faste elektrolytter ofte fremstillet ved slamstøbemetode, som involverer fordampning af massive skadelige opløsningsmidler og generelt lider af sedimentering af agglomererede uorganiske partikler under fremstillingsprocessen."

Yao og hans team udviklede en 20 μm tyk fleksibel Li_6.4 La₃ Zr_1.4 Ta_0,6 O₁₂ (LLZTO)-baseret fast elektrolyt med 90 vægt% LLZTO-indhold gennem opløsningsmiddelfri procedure. Den resulterende 20μm tykke LLZTO-baserede film udviser ultrahøj ionkonduktans på 41,21 mS ved 30 ^o C, fremragende oxidationsstabilitet på 4,6 V, overlegen termisk stabilitet og ikke-brændbarhed. Desuden kan den tilsvarende Li||Li symmetriske celle stabilisere cyklussen i mere end 2000 timer med lavt overpotentiale ved 0,1 mA cm ^-2 under 60 ^o C.

"Gennemførligheden af ​​den LLZTO-baserede film i hel-solid-state lithiummetalbatteri er blevet verificeret. Den samlede Li||LiFePO₄ posecelle med integreret elektrolyt/katode-grænseflade udviser fremragende hastighedsydelser og cykluspræstationer med en kapacitetsretention på 71,4 % fra 153 mAh g ^-1 til 109,2 mAh g ^-1 ved 0,1 C over 500 cyklusser under 60 ^o C," sagde Yao. "Den præsenterede ultratynde LLZTO-baserede film har et stort potentiale for praktiske anvendelser i all-solid-state lithium-batterier." + Udforsk yderligere

En in-situ genereret sammensat faststofelektrolyt til højspændingslithiummetalbatterier