新材料學(xué)院在全固態(tài)鋰電池的界面調(diào)控研究取得重要進(jìn)展
電動(dòng)車(chē)和手機(jī)的下一代鋰電池將會(huì)選擇能量密度更高和安全性更好的全固態(tài)鋰離子電池。我們國(guó)家為了加速新材料和全固態(tài)鋰離子電池研發(fā)，“十三五”期間首次設(shè)立了“材料基因組技術(shù)”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，并且希望通過(guò)材料基因組的高通量計(jì)算、合成、檢測(cè)及數(shù)據(jù)庫(kù)（大數(shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)和智能分析）的新理念和新技術(shù)加速全固態(tài)鋰離子電池的研發(fā)，設(shè)立了“基于材料基因組技術(shù)的全固態(tài)電池研發(fā)”國(guó)家重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)，該重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)由北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授作為首席科學(xué)家，牽頭組織11家單位共同承擔(dān)。該項(xiàng)目研發(fā)重要的部分包括新型固態(tài)電解質(zhì)及固態(tài)電池材料各界面調(diào)控的研發(fā)。固態(tài)電解質(zhì)主要分為無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)、固態(tài)聚合物電解質(zhì)以及復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)。傳統(tǒng)的固態(tài)聚合物電解質(zhì)接近常溫電導(dǎo)率低、電位窗口窄，無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)則是柔性差、具有較大的界面阻抗。作為二者的結(jié)合，復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)不僅具有柔性，并且在相對(duì)低溫下具有良好的電導(dǎo)率，具有廣闊的研究前景。
BPEG對(duì)鋰的沉積/脫出的影響示意圖
潘鋒教授課題組最近在復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)及界面調(diào)控方面的研究取得重要進(jìn)展。通過(guò)將無(wú)機(jī)的固態(tài)電解質(zhì)（Li.3Al0.3Ti1.7（PO4）3）、有機(jī)的聚氧乙烯（PEO）和硼化聚乙二醇（BPEG）以7:1.5:1.5的比例混合，制備得到了無(wú)機(jī)有機(jī)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)（CSE-B-71515）。三個(gè)組分在其中各司其職，無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)提供了鋰離子的通道，還能使得復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)具有較高的機(jī)械強(qiáng)度；有機(jī)大分子PEO不但能夠傳導(dǎo)鋰離子，還起到了粘合陶瓷顆粒的作用；而有機(jī)小分子BPEG首先使PEO的結(jié)晶度降低，其次將固-固界面之間的硬接觸變?yōu)榱塑浗佑|，從而能夠使得鋰在金屬鋰上的沉積和脫出更加均勻。通過(guò)具有以上特性，該電解質(zhì)能夠很好地在物理上和化學(xué)上阻擋鋰枝晶的產(chǎn)生。此外，60攝氏度下將固態(tài)電池的磷酸鐵鋰與金屬鋰分別作為正負(fù)極對(duì)該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)進(jìn)行電化學(xué)測(cè)試，0.1C的倍率下取得了158mA h g-1的比容量，2C的倍率下取得了94mA h g-1的比容量。該研究對(duì)于固態(tài)電解質(zhì)的研究具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。
鋰離子在聚合物固態(tài)電解質(zhì)以及復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)的傳輸路徑示意圖
該研究成果發(fā)表在最近的國(guó)際材料與能源的頂級(jí)期刊Advanced Energy Materials（Adv. Energy. Mat., 2017，1701437，DOI：10.1002/aenm.201701437，影響因子為16.7）上，該工作由潘鋒教授指導(dǎo)，由博士后楊盧奕作為第一作者及團(tuán)隊(duì)的合作下完成。該項(xiàng)工作得到國(guó)家材料基因重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)和廣東省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的支持。
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