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高安全陶瓷锂电池

引言

全固态锂电池有望大幅度提升电池的安全性和能量密度,但其性能严重受限于电极与电解质之间较大的界面阻抗,这一问题在石榴石型氧化物基的全固态电池中更为严重。因此,在以往的研究中往往通过在正极内引入少量的液体或聚合物电解质来改善界面,但是,引入易燃的有机电解质势必会影响电池的安全性能。如何在氧化物全固态电池中实现全陶瓷的正极(含任何易燃的有机电解质)对于提升电池的安全性具有重要的意义。

成果简介 

近日,美国马里兰大学的韩福东博士生和岳杰(文章的共同第一作者)等通过界面工程的手段改善电极与固态电解质之间的界面,从而实现高安全性全陶瓷锂金属电池。该工作利用层状过渡金属氧化物(LiCoO2)电极以及石榴石型氧化物(Li7La3Zr2O12) 电解质表面容易自发生成的Li2CO3在二者之间引入与Li2CO3同结构的,低熔点的 Li2.3C0.7B0.3O3LCBO)作为烧结助剂。在共烧过程中LCBO会与电极和电解质表面的Li2CO3反应生成高离子电导的界面相,因而可以在提升界面润湿性的前提下有效抑制由于电极和电解质直接接触而导致的化学反应和电化学反应,从而实现全陶瓷的复合正极和电解质。这一全陶瓷正极和电解质可以在以锂金属为负极的固态电池中实现快速、可逆的循环,室温循环次数大于100次。相关成果发表在Cell Press旗下能源期刊Joule。这个工作是美国马里兰大学的王春生教授课题组和上海硅酸盐研究所的郭向欣研究员团队合作完成的。

  • 图文导读

高安全陶瓷锂电池  图一,全陶瓷正极和电解质的设计示意图。

高安全陶瓷锂电池

图二,LiCoO2正极以Li7La3Zr2O12固态电解质表面生成的Li2CO3的形貌和谱学表征。

高安全陶瓷锂电池

    图三,LiCoO2正极,Li7La3Zr2O12固态电解质和Li2.3C0.7B0.3O3烧结助剂在高温下的化学稳定性以及全陶瓷正极和电解质共烧前后的形貌对比。

高安全陶瓷锂电池

图四,全固态正极和电解质在以锂金属为负极的固态电池中的电化学性能。

    参考文献:Fudong Han, Jie Yue, Cheng Chen, Ning Zhao, Xiulin Fan, Zhaohui Ma, Tao Gao, Fei Wang, Xiangxin Guo, Chunsheng Wang, Interphase Engineering Enabled All-Ceramic Lithium Battery, Joule, 2018, https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.02.007.

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参考文献:joule

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