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IF=25.405! 余彥/吳飛翔InfoMat: 用于高能量密度鋰電池的空氣穩(wěn)定無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的挑戰(zhàn)、策略和前景

固態(tài)電池被認(rèn)為是有潛力的下一代儲(chǔ)能設(shè)備，具有更高的能量密度和更好的安全性。然而，大多數(shù)固態(tài)電解質(zhì)（SSE）對(duì)空氣敏感，這導(dǎo)致了電池組裝復(fù)雜且昂貴，此外，界面也易受影響。

圖1. 不同SSE材料的性能雷達(dá)圖

為此，中科大余彥教授及中南大學(xué)吳飛翔教授等人總結(jié)了不同類型無(wú)機(jī)SSE的空氣穩(wěn)定性相關(guān)問(wèn)題以及相應(yīng)的策略。首先概述了SSE和固態(tài)電池的發(fā)展歷史和優(yōu)缺點(diǎn)。

然后，選擇不同類型的SSE（硫化物、石榴石、鈣鈦礦、反鈣鈦礦、聚合物和NA/LISICON型SSE）作為例子來(lái)說(shuō)明在空氣中的不利相互作用和影響。此外，作者總結(jié)了構(gòu)建不同類型的空氣穩(wěn)定無(wú)機(jī)SSE的有效策略。

最后，提供了設(shè)計(jì)空氣穩(wěn)定SSE的觀點(diǎn)，旨在實(shí)現(xiàn)在大氣中組裝高性能固態(tài)電池。

圖2. 當(dāng)前固態(tài)電池SSE的挑戰(zhàn)和未來(lái)研究方向

作者認(rèn)為，在空氣穩(wěn)定的SSE中，首先要有排列有序的整體框架且鋰離子位于框架中心。在充放電循環(huán)中，將有一個(gè)鋰離子傳輸通道以滿足鋰離子在負(fù)極和正極之間有序傳輸。

然后，還可以實(shí)現(xiàn)材料的優(yōu)化和加速鋰離子傳輸，有利于快速充電和快速放電 SSB 的發(fā)展。這樣，將有可能實(shí)現(xiàn)具有安全性好、能量密度高、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性長(zhǎng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)的空氣穩(wěn)定全固態(tài)電池。

圖3. 未來(lái)在大氣中組裝固態(tài)電池的示意圖

Air-stable inorganic solid-state electrolytes for high energy density lithium batteries: Challenges, strategies, and prospects, InfoMat 2021. DOI: 10.1002/inf2.12248

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