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孟躍中/王拴緊AFM:全固態(tài)LiFePO4|Li電池-20℃下循環(huán)1200次!

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由于迫切需要更高能量密度和更安全的電池,固態(tài)鋰金屬電池(SSLMBs)是非常理想的儲(chǔ)能方式。然而,SSLMBs在低溫下的穩(wěn)定循環(huán)仍然是一個(gè)關(guān)鍵的挑戰(zhàn)。
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圖1, 采用設(shè)計(jì)固態(tài)電解質(zhì)的SSLMB示意圖
中山大學(xué)孟躍中、王拴緊等提出了一種基于聚醚-b-酰胺(PEO-b-PA)的高粘彈性復(fù)合固態(tài)電解質(zhì),并通過(guò)無(wú)溶劑的一鍋熔融處理來(lái)解決這一關(guān)鍵過(guò)程。
通過(guò)調(diào)整PEO-b-PA與雙三氟甲磺酸亞胺鋰的摩爾比(環(huán)氧乙烷:Li=6:1),并加入20wt.%的丁二腈,在均勻的聚合物電解質(zhì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速的Li+傳輸通道,從而使其在超低溫(-20至25℃)下應(yīng)用。
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圖2. 固態(tài)電解質(zhì)的電化學(xué)性質(zhì)及半電池性能
該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)利用動(dòng)態(tài)氫鍵域和離子傳導(dǎo)域,在-20℃時(shí)實(shí)現(xiàn)了低界面電荷轉(zhuǎn)移電阻(<600Ω)和高離子傳導(dǎo)率(25℃,3.7×10-4 S cm-1)。
因此,基于復(fù)合電解質(zhì)的LiFePO4|Li電池表現(xiàn)出了出色的電化學(xué)性能,在-20℃下循環(huán)1200次后容量保持率達(dá)到81.5%,在25℃下高負(fù)載(16.1 mg cm-2)時(shí)放電比容量達(dá)到141.1 mAh g-1。此外,固態(tài)單晶NCM811|Li電池在針刺試驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)了優(yōu)異的安全性能,顯示出實(shí)際應(yīng)用的巨大前景。
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圖3. 全電池性能及循環(huán)后正極分析
Polyether-b-Amide Based Solid Electrolytes with Well-Adhered Interface and Fast Kinetics for Ultralow Temperature Solid-State Lithium Metal Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202300683

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