PA-LiMPS/PEO復(fù)合電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
以PA-LiCdPS/PEO為電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池的電化學(xué)性能
來自中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的消息顯示，固態(tài)電解質(zhì)作為構(gòu)建高安全、高能量密度電池體系的重要材料，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。其中，復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)已展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢，它有望結(jié)合無機(jī)電解質(zhì)的高離子電導(dǎo)率與聚合物電解質(zhì)優(yōu)異的界面相容性的優(yōu)點(diǎn)，因而具有突出的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院等提出了一種新型復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成功實(shí)現(xiàn)了離子傳導(dǎo)與機(jī)械柔性的解耦。該電解質(zhì)復(fù)合結(jié)構(gòu)由垂直排列的LixMyPS3（LiMPS，M為Cd或Mn）納米片層與聚氧化乙烯（PEO）層交替堆疊而成。相關(guān)研究成果在線發(fā)表在《自然-納米技術(shù)》（Nature Nanotechnology）上。
研究團(tuán)隊(duì)從自然界生物礦物的精巧結(jié)構(gòu)中汲取靈感，設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了一種PA-LiMPS/PEO復(fù)合電解質(zhì)。該設(shè)計(jì)克服了離子在LiMPS納米片沿著平面?zhèn)鬏敽涂缙矫鎮(zhèn)鬏數(shù)母飨虍愋裕趶?fù)合電解質(zhì)中構(gòu)建了連續(xù)的垂直離子傳輸通道，并以聚合物作為可形變的支撐框架維持該通道的完整性，從而實(shí)現(xiàn)離子傳導(dǎo)能力與機(jī)械柔性之間的解耦。
團(tuán)隊(duì)成功解決了LiMPS納米片內(nèi)鋰離子傳輸?shù)母飨虍愋詥栴}。形成的二維連續(xù)超離子傳導(dǎo)通道，使PA-LiCdPS/PEO的室溫離子電導(dǎo)率比無序排列的RA-LiCdPS/PEO高出三個(gè)數(shù)量級。此外，PA-LiCdPS/PEO和PA-LiMnPS/PEO電解質(zhì)都表現(xiàn)出類似聚合物的機(jī)械柔韌性，有利于與電極保持緊密接觸。
研究發(fā)現(xiàn)，PA-LiMPS/PEO電解質(zhì)展現(xiàn)出顯著優(yōu)于傳統(tǒng)硫化物電解質(zhì)的空氣穩(wěn)定性，其核心優(yōu)勢源于LiMPS材料的本征穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)。
該研究成功開發(fā)了一種高性能的PA-LiCdPS/PEO復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)，其突破性在于解決了傳統(tǒng)固態(tài)電解質(zhì)中離子電導(dǎo)率與機(jī)械柔性不可兼得的核心矛盾。此外，研究進(jìn)一步拓展出具有類似結(jié)構(gòu)的PA-LiMnPS/PEO電解質(zhì)體系，其在保持高離子電導(dǎo)率的同時(shí)，更兼具元素可用性優(yōu)勢、良好的空氣穩(wěn)定性以及無壓運(yùn)行潛力，展現(xiàn)出突出的實(shí)用化前景。
電池網(wǎng)微信
