引 言
锂离子二次电池在消费电子和通信领域已经得到广泛应用,未来在混合电动汽车和智能电网等领域有广阔的发展前景。但是,由于有机电解液存在易燃、易腐蚀和热稳定性差等安全性问题,使传统锂离子电池的发展受到限制,而全固态锂电池则被认为能够彻底解决上述问题。 全固态锂电池除具有安全性能高、循环寿命长、工作温度范围宽等优点外,相比于传统的锂离子电池还具有以下优势:①固体电解质具有较高的电化学窗口,适应于高电压型电极材料;②全固态锂电池全部使用固体材料,具有更高的封装效率;③可制备薄膜电池和柔性电池,未来可应用于智能穿戴和可植入式医疗设备等领域;④全固态锂电池可通过多层堆垛技术实现内部串联,获得更高的输出电压。 作为全固态锂电池核心组成部分——固体电解质是实现全固态锂电池高能量密度、高循环稳定性和高安全性能的关键材料。固体电解质又称为快离子导体(fast ion conductors)或超离子导体(super ion conductors),主要包括聚合物固体电解质和无机固体电解质两大类。这类材料区别于一般的离子导体的最基本特征是在一定的温度范围内具有高的离子电导率(10-1~10-4 S/cm)和可忽略的电子电导率(<10-6 S/cm)、低的离子电导活化能(£0.30 eV)、单一离子导体且离子迁移数tion≈1。 此外,全固态锂电池中,界面对于电池性能影响也至关重要。由于全固态锂电池中固体电解质取代液态电解质,导致电极与电解质之间的界面接触由固液接触变为固固接触。由于固相无润湿性,因此固固界面将形成更高的接触电阻。同时,固体电解质,尤其陶瓷电解质中有大量的晶界存在,因为较高的晶界电阻不利于锂离子在正负极之间传输,而且通常晶界电阻高于材料本体电阻,因此晶界电导率对固体电解质总电导率有显著影响。 ZHU等指出,虽然目前关于界面层的形成机理及其对全固态锂电池性能的影响报道较少,但是界面层对界面电阻和全固态锂电池整体性能影响显著。例如,电解质持续分解会导致界面退化和低的库仑效率。根据现有的理论及实验数据支撑,ZHU等提出3种界面层形成机理:(1)由于外加电压超过电解质电化学窗口,电解质发生氧化或者还原反应而生成界面层;(2)由于固体电解质与电极材料不相容,二者发生化学反应而生成界面层;(3)由于全固态锂电池在循环过程中电极与电解质界面处发生电化学反应而生成界面层。 下文将详细论述电极/电解质界面与电解质晶界对电池性能的影响以及目前在界面调控方面的研究进展,并指出该领域面临的主要挑战,最后提出未来的发展方向。目 录1 正极/固体电解质界面2 负极/固体电解质界面3 固体电解质的晶界4 结 语结 语 无机全固体电解质高的机械强度和宽的温度适应范围是解决现有锂电池安全性问题的关键所在。目前,全固体电解质的研究主要集中在开发高电导率无机电解质和有机-无机复合电解质。硫化物固体电解质具有较高的室温离子电导率,但是其环境稳定性差。氧化物固体电解质化学稳定性好,但室温离子电导率较低,某些高价阳离子会与金属锂发生反应。有机-无机复合电解质兼具有机物良好的柔性和无机物高的机械强度,但是由于聚合物基体的电导率低,且低温环境下易结晶,因此复合电解质的室温电导率较低。 尽管全固态锂电池具有更高的安全性能和更长的循环寿命,有望在储能和动力领域获得应用,但是电解质与电极的界面相容性和稳定性却限制了全固态锂电池的发展。为实现全固态锂电池的实际应用,归一化的界面电阻期望值大约在100 Ω·cm2以内,而目前的界面电阻值在200 Ω·cm2左右。因此,如何通过引入稳定的导电缓冲层消除或减弱空间电荷层效应,抑制界面层生成,降低界面电阻,是未来全固态锂电池领域面临的共同挑战。
全固态锂电池界面的研究进展
原创mob604756f47778 ©著作权
©著作权归作者所有:来自51CTO博客作者mob604756f47778的原创作品,请联系作者获取转载授权,否则将追究法律责任
导读 与传统锂离子电池相比,基于无机固体电解质的全固态锂电池,具有安全性能高、循环寿命长、能量密度高等优点,是目前锂电池研究领域的热点之一,未来有望在电动汽车和智能电网等领域得到广泛应用。全固态锂电池中,电极与固体电解质之间的固固接触相比固液接触具有更高的界面接触电阻,同时,界面相容性和稳定性也显著影响全固态锂电池的循环性能和倍率性能。而在固体电解质中,晶界电阻决定了电解质整体的离子电导率,因此,界面问题是决定电池电化学性能的关键所在。本文重点综述了全固态锂电池中各种界面问题的研究现状,主要包括界面调控机理、修饰方法,并指出全固态锂电池中界面调控面临的挑战。
提问和评论都可以,用心的回复会被更多人看到
评论
发布评论
相关文章
-
锂电池
锂电池
锂电池