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北科大范麗珍EnSM: 以NaCl為模板構建復合聚合物電解質用于固態鋰電池

北科大范麗珍EnSM: 以NaCl為模板構建復合聚合物電解質用于固態鋰電池
為了應對固態電解質的低離子電導率和全固態鋰金屬電池中鋰枝晶生長帶來的挑戰,通過組合構建的復合聚合物電解質(CPEs)三維 (3D) 多孔陶瓷框架和聚合物已得到廣泛研究。然而,通過簡單的方法制備3D高強度多孔陶瓷框架仍然存在許多挑戰。
北科大范麗珍EnSM: 以NaCl為模板構建復合聚合物電解質用于固態鋰電池
在此,北京科技大學范麗珍教授等人通過使用普通廉價的NaCl粉末作為犧牲模板,成功開發了一種新穎且簡單的3D Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)多孔導電框架合成策略。這種優秀的策略有以下幾個獨特的優點:
i)該方法不僅操作簡單,而且經濟環保;
(ii) 模板容易被水去除,3D多孔導電骨架的孔隙率容易控制;
(iii) 3D LATP 框架可以提供連續的Li+導電通路和足夠的機械模量來促進 Li+快速傳輸和防止鋰枝晶的生長。具有雙(三氟甲基磺酰)亞胺(LiTFSI)的PEO基質被引入3D互連的LATP多孔導電框架中以形成CPE(CPE-3D),其表現出優異的離子電導率(7.47×10-4 S cm-1,60 ℃)。
北科大范麗珍EnSM: 以NaCl為模板構建復合聚合物電解質用于固態鋰電池
圖1. 3D多孔LATP框架合成和表征
因此,受益于3D互連多孔LATP框架增強的機械和離子電導率,基于CPE-3D的Li/Li對稱電池可以在0.2 mA cm-2的電流密度、0.2 mAh cm-2的面積容量下循環1000 h以上,在0.1 mA cm-2、0.1 mAh cm-2下循環2000 h。
此外,具有這種CPE-3D的全固態LFP/Li電池提供98 mAh g-1的放電容量,在1C和60°C的條件下循環200次后容量保持率為80%,證實了CPE-3D在增強Li+傳輸和Li枝晶抑制方面的優越性。該方法為制備三維多孔陶瓷框架增強的復合聚合物電解質提供了一種新思路。
北科大范麗珍EnSM: 以NaCl為模板構建復合聚合物電解質用于固態鋰電池
圖2. 基于LFP的全固態電池在60°C下的循環性能
Composite Polymer Electrolyte with Three-Dimensional Ion Transport Channels Constructed by NaCl Template for Solid-State Lithium Metal Batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.021

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