離子液體輔助用于高性能和穩定的鋰金屬電池

2024-08-29 10:00:46 sh默尼 13

近年來，電動汽車(EVs)作為向綠色未來過渡的關鍵工具廣受贊譽。電池能量密度對新能源汽車的性能有重要影響，包括續航里程、加速性能、最高時速、充電時間和效率。因此，不斷提高電池的能量密度以滿足全球市場的消費需求是必不可少的。另一方面，傳統的液體電解質(LEs)含有可燃性有機溶劑，容易造成熱失控、界面副反應和氣體揮發等問題。全固態鋰電池(ASSLBs)以固態電解質取代液態電解質，由于其與金屬鋰的高能量密度耦合，壽命、安全性優于現有的鋰電池，被譽為下一代儲能設備。目前已有的固態電解質(SSEs)包括硫化物、石榴石、鈣鈦礦、LISICONs和NASICONs。良好的界面接觸和高離子電導率被認為是設計鋰金屬電池(LMBs)結構的關鍵屬性。

NASICON型LAGP(Li_1.5Al_0.5Ge_1.5(PO₄)₃)具有高離子電導率和氧化穩定性，受到了研究者的廣泛關注。然而，LAGP的高硬度和脆性使得拋光困難，并且在電池組裝過程中與鋰金屬接觸不良，從而導致界面阻抗高，電化學性能不理想。固態電解質膜(CSEs)通常由聚合物和鋰鹽組成，由于其原材料價格低廉、易于加工和優異的靈活性等優點，已經引起了人們極大的研究興趣，但常用的CSEs多數情況下粘度較低，韌性較差。聚偏氟乙烯(PVDF)具有很強的附著力，是一種廣泛使用的CSE薄膜。然而，PVDF仍受限于其高結晶度導致的高界面電阻。為了增強SSE和陰極/陽極之間的界面接觸，可以在電極電解質界面之間構建離子導電中間層。中間層常用的成分有聚合物和離子液體(ILs)。

基于此，研究人員以聚偏氟乙烯(PVDF)、雙(三氟甲基磺酰)亞胺鋰(LiTFSI)、LAGP粉末和1-丁基-1-甲基吡啶鎓雙(三氟甲基磺酰)亞胺(PYR₁₄TFSI)為原料，合成了進行優化設計的“LAGP In PVDF”復合SSEs。通過溶液鑄造工藝，獲得了一種柔性、質軟、IL輔助的LAGP/PVDF復合固態電解質膜(PL-LAGP CSE)。