全固態(tài)金屬鋰電池固-固界面接觸研究獲進(jìn)展
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全固態(tài)金屬鋰電池具有高安全性和能量密度雙重優(yōu)勢潛力,被視為下一代儲(chǔ)能技術(shù)的重要發(fā)展方向。全固態(tài)金屬鋰電池“制造”和“運(yùn)行”分別要經(jīng)歷“高”和“低”兩種壓力,在高壓力下金屬鋰發(fā)生蠕變易引發(fā)電池短路,而在低壓力下固-固界面會(huì)接觸不良,金屬鋰負(fù)極本身的體積效應(yīng)嚴(yán)重,循環(huán)中界面劣化問題嚴(yán)重。
中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心研究團(tuán)隊(duì)等,開發(fā)出拓?fù)鋸?qiáng)化負(fù)極(TFA),實(shí)現(xiàn)寬壓力耐受低體積效應(yīng)金屬鋰負(fù)極。TFA由三維纖維狀Li5B4骨架和60%金屬鋰組成,Li5B4骨架形成快速鋰擴(kuò)散路徑,將表面鋰“沉積/剝離”過程變成沿親鋰骨架的鋰擴(kuò)散輸運(yùn)行為。TFA體積變化率僅為金屬鋰負(fù)極的40%,耐受壓力范圍拓寬至0至50 MPa。TFA對稱電池臨界電流密度提升至5.8 mA cm-2。相關(guān)成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上。
固體電解質(zhì)/負(fù)極間的固-固界面間隙會(huì)引發(fā)鋰枝晶生長,危害電池循環(huán)與安全。物理所科研人員等,改變壓力維系固-固接觸方案,提出“動(dòng)態(tài)自適應(yīng)界面”(DAI)。團(tuán)隊(duì)在硫化物電解質(zhì)(Li3.2PS4I0.2)中預(yù)置可遷移碘離子,在電場下原位形成微米級LiI層。界面層起始終動(dòng)態(tài)維系界面緊密接觸并兼具離子傳輸能力。聯(lián)合TFA與DAI兩項(xiàng)技術(shù),團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)零外壓全固態(tài)金屬鋰軟包電池穩(wěn)定循環(huán)。該工作是全固態(tài)金屬鋰電池邁向?qū)嵱没年P(guān)鍵一步,為設(shè)計(jì)下一代鈉、鉀等固態(tài)電池提供了新思路。相關(guān)成果作為編輯推薦文章,發(fā)表在《自然-可持續(xù)發(fā)展》(Nature Sustainability)上。
研究工作得到國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院相關(guān)項(xiàng)目等的支持。

TFA聯(lián)合DAI實(shí)現(xiàn)全固態(tài)金屬鋰電池零壓力工作
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