
在對固態電池的性質和機理進行研究的同時,許多研究都在追求穩定其性能和降低成本的方法。簡單的制備和豐富的成分是固態電解質適合規模化生產的先決條件。
南京工業大學吳宇平、四川大學Qianyu Zhang等首次將一種商業化的負極活性材料–尖晶石Li4Ti5O12引入到聚偏氟乙烯中,作為復合固態電解質。
圖1. 材料制備及表征
原始的Li4Ti5O12作為商業負極活性材料得到了廣泛的應用,即使沒有碳涂層也能進行快速充放電,并且在環境氣氛下擁有低成本和良好的化學穩定性。與固態電解質材料如LLZO(價格可能超過2000美元/公斤)相比,Li4Ti5O12要便宜得多,約50美元/公斤。
并且,在負電位下,Li4Ti5O12的電化學活性會誘發混合導電界面相,這在很大程度上改善了負極界面的電化學行為。結果,含有80wt%的Li4Ti5O12(LTO-8)的膜固態電解質在35℃時顯示出2.87×10-4 S cm-1的出色的離子電導率,并抑制了電子導電網絡。
圖2. LTO-X的電化學性質
因此,采用LTO-8的Li||LiFePO4電池表現出優異的性能,在0.5C下經過250次循環后具有150 mAh g-1的穩定放電容量,在0.5C下經過400次循環后的平均比容量為119 mAh g-1。這項研究為Li4Ti5O12用于固態電解質提供了很好的應用前景,其綜合性能優于已報道的固態電解質,必將為固態電池鋪設另一條商業道路。
圖3. Li||LiFePO4電池性能
A Solid Electrolyte Based on Electrochemical Active Li4Ti5O12 with PVDF for Solid State Lithium Metal Battery. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201991
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