電動車和手機(jī)的下一代鋰電池將會選擇能量密度更高和安全性更好的全固態(tài)鋰離子電池。我們國家為了加速新材料和全固態(tài)鋰離子電池研發(fā),“十三五”期間首次設(shè)立了“材料基因組技術(shù)”國家重點研發(fā)計劃,并且希望通過材料基因組的高通量計算、合成、檢測及數(shù)據(jù)庫(大數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)和智能分析)的新理念和新技術(shù)加速全固態(tài)鋰離子電池的研發(fā),設(shè)立了“基于材料基因組技術(shù)的全固態(tài)電池研發(fā)”國家重點專項,該重點專項由北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授作為首席科學(xué)家,牽頭組織11家單位共同承擔(dān)。
該項目研發(fā)重要的部分包括新型固態(tài)電解質(zhì)及固態(tài)電池材料各界面調(diào)控的研發(fā)。固態(tài)電解質(zhì)主要分為無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)聚合物電解質(zhì)以及復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。傳統(tǒng)的固態(tài)聚合物電解質(zhì)接近常溫電導(dǎo)率低、電位窗口窄,無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)則是柔性差、具有較大的界面阻抗。作為二者的結(jié)合,復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)不僅具有柔性,并且在相對低溫下具有良好的電導(dǎo)率,具有廣闊的研究前景。
BPEG對鋰的沉積/脫出的影響示意圖
潘鋒教授課題組最近在復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及界面調(diào)控方面的研究取得重要進(jìn)展。通過將無機(jī)的固態(tài)電解質(zhì)(Li.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)、有機(jī)的聚氧乙烯(PEO)和硼化聚乙二醇(BPEG)以7:1.5:1.5的比例混合,制備得到了無機(jī)有機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)(CSE-B-71515)。三個組分在其中各司其職,無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)提供了鋰離子的通道,還能使得復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度;有機(jī)大分子PEO不但能夠傳導(dǎo)鋰離子,還起到了粘合陶瓷顆粒的作用;而有機(jī)小分子BPEG首先使PEO的結(jié)晶度降低,其次將固-固界面之間的硬接觸變?yōu)榱塑浗佑|,從而能夠使得鋰在金屬鋰上的沉積和脫出更加均勻。通過具有以上特性,該電解質(zhì)能夠很好地在物理上和化學(xué)上阻擋鋰枝晶的產(chǎn)生。此外,60攝氏度下將固態(tài)電池的磷酸鐵鋰與金屬鋰分別作為正負(fù)極對該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行電化學(xué)測試,0.1C的倍率下取得了158mA h g-1的比容量,2C的倍率下取得了94mA h g-1的比容量。該研究對于固態(tài)電解質(zhì)的研究具有重要的指導(dǎo)價值。
鋰離子在聚合物固態(tài)電解質(zhì)以及復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的傳輸路徑示意圖
該研究成果發(fā)表在最近的國際材料與能源的頂級期刊Advanced Energy Materials(Adv. Energy. Mat., 2017,1701437,DOI:10.1002/aenm.201701437,影響因子為16.7)上,該工作由潘鋒教授指導(dǎo),由博士后楊盧奕作為第一作者及團(tuán)隊的合作下完成。該項工作得到國家材料基因重點專項和廣東省創(chuàng)新團(tuán)隊的支持。
論文鏈接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201701437/full
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