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中国研究人员设计出无枝晶锂电池

2018-01-15 10:48:27.0 来源:新材料在线

      来自中国科学院大学的郭玉国教授和李丽君教授团队团队的研究人员已经在最近的一期“美国化学学会杂志”上发表了关于新型电解质的论文。


薄的不对称固体电解质既满足锂金属(阻塞枝晶形成)和阴极(使低界面电阻)的要求


      研究人员设计了一种固体电解质,它的一边是刚性的,另一边是软的。研究人员研发了一种锂金属电池,完全阻止了那些具有安全隐患枝晶的生长,这种枝晶可以引起事故,缩短电池寿命。这种设计也克服了在这些电池中通常存在的一个问题,通过同时消除枝晶的生长和减少电极/电解质界面的电阻。传统的方法不能同时实现这两个目标。


      郭玉国教授说:“我们已经提出了一种不对称的固态电解质,它可以同时满足无枝晶锂阳极的要求和固态电池的低内阻的要求。”


      正如研究人员解释的那样,锂电池存在的问题是因为锂负极和阴极的要求是相互矛盾的。虽然阳极需要一个刚性的电解质来阻止枝晶的生长,但是刚性的电解质很难与固体阴极保持足够的接触,这就造成了高电阻的阴极/电解质界面。


      为了解决这个问题,研究人员设计了一种不对称的固体电解质,其中每一面都有不同的表面类型。阳极的侧面是一种坚硬的陶瓷材料,压在锂阳极上以阻止枝晶的生长。另一方面,面向阴极的侧面是由软聚合物制成的,它允许与阴极有很强的界面连接。整个电解液也很薄,只有不到36微米。


      在试验中,研究人员将带有新电解液的电池与常规电解液的电池进行了比较。他们发现传统电解液的电池在1750个小时的循环后表现出粗糙的形貌,表明存在枝晶,而新电解液的电池即使在3200小时的循环后也没有显示出形态上的变化,表明枝晶生长被有效地消除了。


      展望未来,研究人员预计,无枝晶锂电池将会产生能量存储系统,将锂电池的高能量和功率密度结合在一起,从而在消除枝晶生长的同时提高安全性,延长寿命。


      郭说:“我们计划用这种不对称固体电解质设计袋状电池,以实现固体电池的高能量密度。”


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