Advanced Energy Materials:实用化全固态电池技术——无溶剂合成超薄柔性石榴石基复合电解质用于全固态锂电池

传统锂离子电池因为使用有机液体电解质,其易燃的特性使得电池在安全性能无法满足现行需求。固体电解质的出现,有望从根本上解决锂离子电池的安全性问题。其中,石榴石型结构锆酸镧锂(LLZO)固体电解质由于其具有高的离子电导率、电化学和化学稳定性以及对枝晶的抑制能力成为全固态锂电池开发的热点,但是大面积陶瓷片规模化制备困难以及陶瓷的脆性限制了其在电动车等领域的直接应用。聚合物/离子导体复合电解质可以结合无机物的刚性与聚合物的柔性等优势而受到众多研究者的青睐。目前制备聚合物/陶瓷复合电解质多数采用溶液浇铸法制备,该方法适用于大规模的卷对卷制备技术,但是大量溶剂的使用与回收会造成成本的提高和环境的污染。

北京科技大学范丽珍教授团队采用无溶剂法合成了高陶瓷含量的复合电解质,即通过简单的干混把锂镧锆氧粉体用纤维化的聚四氟乙烯(PTFE)粘结起来,并进一步通过挤出辊压并借助尼龙网作为骨架形成电解质膜。通过熔融的塑晶电解质灌注电解质和正极进一步提高电解质的电导率和形成复合正极降低电池界面阻抗,实现了其在磷酸铁锂和三元全固态电池的应用。

这种无溶剂合成方法通过混合陶瓷粉末和干式纤维粘结剂结合聚合物网筛的策略,简化了复合电解质的制备过程,且避免了高毒高成本的无水溶剂的使用,为陶瓷基复合电解质的无溶剂化,薄层化提供了良好思路。所制得的石榴石基复合电解质不仅具有不易燃,薄,柔的特性,还具有高室温离子电导率,高离子迁移数和宽的电化学窗口。在实际应用中,基于复合电解液组装了磷酸铁锂和三元固体电池,其放电比容量高,室温循环稳定性好,安全性好。相关论文在线发表在 Advanced Energy Materials,2020,10:1903376 (DOI: 10.1002/aenm.201903376)上。