固态金属锂电池研究进展:外部压力和内部应力的影响
2021-01-30南皓雄赵辰孜袁洪卢洋沈馨朱高龙刘全兵黄佳琦张强
化工学报 2021年1期
关键词:界面
南皓雄,赵辰孜,袁洪,卢洋,沈馨,朱高龙,4,刘全兵,黄佳琦,张强
(1 清华大学化学工程系,绿色反应工程与工艺北京市重点实验室,北京100084; 2 广东工业大学轻工化工学院,广东广州510006; 3 北京理工大学前沿交叉科学研究院,北京100081; 4 深圳大学化学与化工学院功能高分子深圳市重点实验室,广东深圳518000)
引 言
发展储能技术是解决当前能源和环境问题的主要途径之一。商用锂离子电池的能量密度已接近其理论极限,难以满足电子设备和电动汽车对于高能量密度的需求[1-4]。而且,基于有机液态电解液的传统电池存在起火爆炸等安全隐患[5]。近来,使用固态电解质代替可燃液体电解质有望解决以上问题[6]。同时,高稳定性的固态电解质更易匹配锂金属负极,其具有极高的理论比容量(3860 mA·h·g-1)和低还原电位(相对于标准氢电极-3.04 V),是下一代高能量密度电池负极的极佳选择[7-9]。
与基于有机液体电解液的锂离子电池相比,固态金属锂电池虽有望实现高能量密度、高安全性,但其自身界面问题仍是重要挑战。液体电解液具有流动性,可通过多孔电极扩散,湿润电极表面,有利于锂离子在电极/电解质界面处的传输。而对于固态电解质,电极和电解质之间缺乏流态连接,锂离子的传输途径只能通过固体-固体接触来实现。而粗糙表面的固-固点接触导致离子传输通道有限,使得固态电池中固态电解质/电极界面为非共形接触,界面阻抗过大,影响电池容量与循环寿命。
在全固态电池中,外部压力与内部应力可以改变各组分之间的界面接触、材料孔隙率等,从而影响固态电池电化学特性[10-11]。……
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