Advanced Science:原位聚合增强三维快离子陶瓷骨架助力全固态锂金属电池

作为新一代储能器件,锂离子电池以其高能量密度和长循环寿命在手机、电动汽车等领域备受青睐。然而,有机电解液的使用让传统锂离子电池存在诸如泄露、爆炸等安全隐患。解决上述问题最行之有效的方法之一是将电解质固态化,制备高安全性的全固态锂电池。目前,全固态锂电池性能的提升主要受限于无法调和固态电解质过低的室温电导率和过高的固-固界面阻抗这两大瓶颈问题。

基于此,中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员实验室提出一种全新的策略来调和二者,即将聚合物前驱体溶液——聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯浇注于自支撑三维多孔快离子陶瓷——Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3骨架中,通过原位聚合得到刚柔并济的复合固态电解质。固态核磁结果揭示Li+能够在Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3相和Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3/聚合物界面相中快速传输,因而该复合电解质室温电导率相较于纯聚合物电解质提升了56倍,达到2.0×10–4 S cm–1。与此同时,聚合物单体能够有效浸润界面,并保护Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3不被金属锂还原。得益于该原位聚合的策略,固-固界面的接触阻抗降低了40倍。利用该策略装配的LiCoO2|Li和NMC811|Li全固态电池能够分别在3.0 – 4.3 V和 3.0 – 4.5 V (vs. Li+/Li)的电压窗口下稳定工作,并表现出高的放电比容量及优的循环性能。这一创新性的整合策略对于解决全固态电池的瓶颈问题,推进全固态电池的商业化具有重要的指导意义。相关论文在线发表在Advanced Science上。

论文信息:

In Situ Polymerization Permeated Three‐Dimensional Li+‐Percolated Porous Oxide Ceramic Framework Boosting All Solid‐State Lithium Metal Battery

Yiyuan Yan, Jiangwei Ju, Shanmu Dong, Yantao Wang, Lang Huang, Longfei Cui, Feng Jiang, Qinglei Wang, Yanfen Zhang, Guanglei Cui

Advanced Science

DOI: 10.1002/advs.202003887