welkom bij XIAMEN TOB NEW ENERGY TECHNOLOGY Co., LTD..
  • Nederlands
  • Russian
  • f
  • i
  • y
  • t
  • p
battery machine and materials solution
Recente vooruitgang op het gebied van anode voor op sulfide gebaseerde, volledig vaste lithiumbatterijen – andere anoden

Recente vooruitgang op het gebied van anode voor op sulfide gebaseerde, volledig vaste lithiumbatterijen – andere anoden

Oct 25 , 2023

Vervolg op het vorige artikel

Recente voortgang ingeschakeld anode voor op sulfide gebaseerde lithiumbatterijen op basis van vaste toestand

ââ Deel 2 overig anodes


Auteur: JIA Linan, DU Yibo, GUO Bangjun, ZHANG Xi

1. School van Werktuigbouwkunde, Shanghai Jiao Tong Universiteit, Shanghai 200241, China

2. Sjanghai Yili New Energy Technology Co., LTD. , Sjanghai 201306, China



Anode van lithiumlegering

Als gevolg van ernstige grensvlakreacties, Zuiver lithium is moeilijk direct te gebruiken in vaste sulfide-elektrolyten op de korte termijn, dus materialen van lithiumlegeringen bieden een aantrekkelijkere optie. Vergeleken met metalen lithiumanodes kunnen anodes van lithiumlegeringen verbeteren bevochtigbaarheid van het grensvlak, remt het optreden van nevenreacties op het grensvlak, verbeteren de chemische en mechanische stabiliteit van de vaste elektrolyt interface, en vermijd kortsluitingen veroorzaakt door de groei van lithiumdendrieten. Bij Tegelijkertijd kunnen legeringsanodes dat wel, vergeleken met vloeibare lithium-ionbatterijen laten een hogere energiedichtheid en betere stabiliteit zien in volledig vastestofbatterijen. Negatieve elektroden van legeringen zullen echter een groter volume en structureler ondergaan veranderingen tijdens het laden en ontladen (zoals Li-Si-legering, Li-Sn-legering, enz.), Er is dus verder onderzoek nodig naar de ontwikkeling en toepassing van legering materialen. Van de verschillende lithiumlegeringen is de Li-In-legering populair laboratoriumschaal vanwege de betere mechanische ductiliteit en constante redox potentiaal (0,62 V versus Li+/Li) over een breed stoichiometrisch bereik. Li-In-legeringen zijn dat wel algemeen beschouwd als thermodynamisch en kinetisch stabiele materialen voor sulfide-elektrolyten. Het wordt veel gebruikt in laboratoria om de prestaties van elektrolyten of kathodematerialen, terwijl ze een goede cyclus vertonen stabiliteit bij lage stroom en lage belasting. Echter, de redox Het potentieel en het molecuulgewicht van de Li-In-legering zijn hoog, wat aanzienlijk vermindert het energiedichtheidsvoordeel van volledig vaste lithium-ionbatterijen. Over het algemeen zijn onderzoeken van mening dat er geen groei van lithiumdendrieten plaatsvindt Li-In-legeringen. Echter, Luo et al. laad- en ontlaadtests uitgevoerd Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 volledig solid-state batterij met hoge stroomdichtheid (3,8 mA·cm-2) en hoge belasting (4 mA·h·cm-2). Er bleek een kortsluiting in de accu te zitten circuit na ongeveer 900 cycli. De batterij handhaafde een stabiele cyclus capaciteit en bijna 100% Coulombische efficiëntie tijdens laad-ontlaadcycli omhoog tot 890 cycli, maar de capaciteit begon na 891 cycli snel af te nemen, dalend naar bijna 0 in de 897e cyclus. De relevante laad- en ontlaadspanning curve van de batterij van de 891e naar de 897e cyclus, waarin het opladen plaatsvindt capaciteit geleidelijk toeneemt, terwijl de overeenkomstige afvoercapaciteit neemt af. In de 897e cyclus blijft de accu opladen en de capaciteit toenemen blijft toenemen, vergezeld van een lagere spanningsstijging, waardoor de spanning toeneemt geeft het optreden van een interne kortsluiting en batterijstoring aan. De groeimechanisme van Li-In-dendrieten werd onthuld via SEM, XPS en andere karakteriseringen en AIMD-simulatie. Geeft aan dat onder hoge stroom en hoge belastingsomstandigheden. Metallic In is thermodynamisch en kinetisch onstabiel aan sulfide-elektrolyten. Volumeveranderingen en lichte grensvlakreacties veroorzaken de groei van Li-In-dendrieten, wat uiteindelijk leidt tot batterijstoringen lange cycli. Anders dan de verticale groei van lithiumdendrieten, is de De groeimodus van Li-In-dendrieten is laterale groei langs de poriën en korrels grenzen. De groeisnelheid is laag en veroorzaakt weinig schade aan het sulfide elektrolytstructuur (Figuur 6). Daarom kan Li-In dendrietgroei plaatsvinden onderdrukt door de elektrochemische stabiliteit van het metaal te verbeteren elektrode/vaste elektrolyt en vermindering van de porositeit van de elektrolyt.

Fig.6 Before and after cycling interface evolution for Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 cell

Fig.6 Evolutie van de interface voor en na het fietsen Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 cel

Al heeft de voordelen van hoge taaiheid, hoge reserves en hoge elektronische geleidbaarheid. Het heeft een hoge theoretische waarde specifieke capaciteit (990 mA·h·g-1) en een klein volume-expansiepercentage (96%) onder materialen van lithiumlegeringen. Het is een van de meest veelbelovende volledig solid-state anodematerialen voor lithiumbatterijen. Zoals weergegeven in Figuur 7(a), hebben Pan et al. bereid een Negatieve elektrode van Li-Al-legering zonder bindmiddel en geleidend middel (Li0.8Al, specifieke capaciteit 793 mA·h·g-1, 0,35 V vs Li+/Li). Heeft goede compatibiliteit met LGPS-elektrolyt. Dit komt door het feit dat het werkpotentieel van de De voorbereide anode van de Li-Al-legering ligt binnen de werkelijke elektrochemische stabiliteit venster van LGPS [Fig. 7(b)]. Voorkomen dat het elektrolyt wordt verlaagd en ontbonden, de geassembleerde volledig solid-state batterij toonde uitstekend omkeerbaarheid, met een capaciteitsretentiepercentage van wel 93,29% in 200 cycli. Onder de voorwaarde van een N/P-verhouding van 1,25 werd de energiedichtheid van de batterij bereikt 541 W·h·kg-1, wat bewijst dat de Li-Al-legering uitstekende toepassingsvooruitzichten heeft.

Fig.7 Schematics of the Li-Al alloy anode in ASSLBs

Afb.7 Schema's van de anode van de Li-Al-legering in ASSLB's


Sakuma et al. bestudeerde de matching van Li-Sn legering, Li-Si-legering en Li4-x Ge1-x P x S4 elektrolyt, en kleiner waargenomen interfaceweerstand en hoger redoxpotentieel. Hashimoto et al. gebruikt hoogenergetisch kogelmalen om een ​​reeks Li4.4Ge x Si1-x (x=0~1.0) te bereiden. Onder hen vertoont Li4.4Ge0.67Si0.33 de grootste specifieke capaciteit (190 mA·h·g-1) en heeft een goede omkeerbaarheid van laden en ontladen. Park et al. gebruikt mechanisch kogelmalen om lithiumpoeder en siliciumpoeder te mengen en te malen bereid de Li4.4Si-legering, Li4Ti5O12 positieve elektrode en Li2S-P2S5 voor elektrolyt om een ​​volledig vaste lithiumbatterij te assembleren. De studie vond dat de prestaties van de batterij na de secundaire batterij aanzienlijk waren verbeterd kogelmalen van de Li-Si-legering, dat wil zeggen de vermindering van de deeltjesgrootte de lithium-Si-legering was bevorderlijk voor de uniforme afzetting en stripping van lithium tijdens het laad- en ontlaadproces.

Films uit lithiumlegeringen kunnen ook worden gebruikt als a middelen om de negatieve elektrode-interface te stabiliseren. Choi et al. gebruikte een simpele walsmethode om Ag met een dikte van 10 µm en Li met een dikte te combineren van 150 µm en vervolgens extern uitgeoefende druk om een ​​film van Li-Ag-legering te verkrijgen. Het hoge gehalte aan Ag vormt gemakkelijk een stabiel grensvlak met het sulfide elektrolyt en remt de groei van lithiumdendrieten. Bovendien is de de resterende kleine hoeveelheid Ag die niet de Li-Ag-legering vormt, deelneemt de vaste oplossingsreactie met Li, die de ongelijkmatige groei van Li verlicht lithium. De geassembleerde volledig solid-state batterij vertoonde een capaciteitsbehoud van 94,3% over 140 cycli, en kon ook stabiel fietsen met een hoge snelheid van 12 C. Onderzoek door Kato et al. ontdekte dat het plaatsen van een Au-film op de Li/Li3PS4 Het elektrolytinterface kan de vorming van holtes na het initiële lithium voorkomen oplossing en vergroting van Li-afzettingsplaatsen, wat helpt bij het verbeteren van de omkeerbaarheid van de batterij. Bovendien is de ontbinding van de Au-film in metallisch lithium kan een reden zijn om de elektrochemische prestaties te verbeteren van de negatieve elektrode-interface. Li-symmetrische cellen met een Au-film geplaatst op de Li/Li3PS4-interface kan stabiel werken bij hoge stroomdichtheid (1,3 mA·cm-2) en grote capaciteit (6,5 mA·h·cm-2) zonder kortsluiting. De geassembleerde Li/Au/Li3PS4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 volledig solid-state batterij heeft een levensduur van meer dan 200 keer bij een hoge stroomdichtheid van 2,4 mA·cm-2.

Siliciumanode

Si wordt beschouwd als een van de meest veelbelovende anodematerialen vanwege hun ultrahoge theoretische specifieke capaciteit (4200 mA·h·g-1), hoge reserves, lage kosten, milieuvriendelijkheid, niet-toxiciteit en laag bedrijfspotentieel van 0,4 V. Onderzoek naar de toepassing van Si-anodes in vloeibare lithium-ionbatterijen is al meer dan 10 jaar ontwikkeld dertig jaar en is nog steeds erg populair. Recentelijk als lithium in vaste toestand batterijen zijn het gebied van energieonderzoek binnengegaan, het werk is begonnen met converteren de goed ontwikkelde siliciumtechnologie van vloeibare lithium-ionbatterijsystemen naar volledig solid-state batterijsystemen. Maar vergeleken met het onderzoek naar ontwikkeling van siliciumanodes met hoge capaciteit voor vloeibare lithium-ionbatterijen, hoewel er weinig rapporten zijn over de toepassing van siliciumanodes op basis van sulfide volledig solid-state batterijen zijn de gedemonstreerde resultaten nog steeds behoorlijk belangrijk. De Si-anode heeft echter een lage elektronische geleidbaarheid (1,56×10-3 S·m-1), lage diffusiecoëfficiënt van lithiumionen (10-14ï½10-13 cm2 · S-1), en grote volume-uitbreiding (Li4. 4Si is ongeveer 360%) en andere nadelen, wat de toepassingsmogelijkheden ervan beperkt. De reden waarom de Si negatieve elektrode mislukt in de batterij is meestal te wijten aan het grote volume expansie van Si tijdens het lithiatie-/delithiatieproces, wat leidt tot poederen, kraken en enorme stress, en produceert een reeks ernstige destructieve gevolgen. Bijvoorbeeld: (1) Verslechtering van de constructie integriteit van de elektrode als gevolg van herhaalde verbrijzeling tijdens ontladen/laden. (2) Ontkoppeling tussen de elektrode en de stroomcollector veroorzaakt door grensvlakspanning. (3) Lithiumionen worden continu verbruikt tijdens de continu formatie-vernietiging-reformatieproces van de SEI-laag.

Momenteel veelgebruikte methoden voor Het optimaliseren van siliciumanodes voor volledig solid-state lithiumbatterijen omvat de grootte controle (nano-silicium), structureel ontwerp, dunne filmanodes, legering, druk toepassing, composietanodes met geavanceerde bindmiddelen/geleidende materialen (zoals als Si-C-anodes), enz. Sakabe et al. gebruikte magnetronsputteren om voor te bereiden niet-poreuze en poreuze amorfe siliciumanodes, en combineerde deze met 80Li2S·20P2S5 elektrolyt voor het uitvoeren van cycluscapaciteitstesten. Na 100 cycli, de 3,00 µm dikke niet-poreuze amorfe siliciumfilm vertoonde slechts ongeveer 47% capaciteit ten opzichte van de 10e cyclus. De 4,73 µm poreuze amorfe siliciumfilm toont een lithiëringscapaciteit van wel 3000 mA·h·g-1. Na 100 cycli wordt de het capaciteitsbehoudpercentage vergeleken met de 10e cyclus overschrijdt 93%. Dat blijkt de poreuze structuur kan de cyclusstabiliteit van effectief verbeteren batterij. Okuno et al. bracht de poreuze siliciumcomposietanode aan op een volledig solid-state batterij met Li3PS4-elektrolyt en vertoonde een hoog capaciteitsbehoud van meer dan 90% in 100 cycli. Dit komt doordat er poriën in het silicium zitten deeltjes lossen de enorme volumeveranderingen tijdens lithiatie en delithiatie op, verbetering van de cyclusstabiliteit. Daarentegen is de cyclusstabiliteit van commercieel niet-poreuze siliciumanodes zijn slecht en het capaciteitsbehoud is 100 cycli is slechts 20% of zelfs lager. Poetke et al. meldde dat silicium-koolstof samengestelde nanomaterialen werden gebruikt als negatieve elektroden voor volledig uit vaste stof bestaande lithium-ionbatterijen en werden met succes toegepast Si-C|Li6PS5Cl|NCM volle batterijen. Het nanogestructureerde Si-C-composiet dat wordt gebruikt in de studie levert een kloof op tussen siliciumnanodeeltjes (SiNP's) en een buitenste koolstof schelp. De koolstofschaal kan effectief compenseren voor veranderingen in het siliciumvolume, verbetering van de elektrochemische prestaties vergeleken met kale SiNP's.

De afgelopen jaren heeft de academische gemeenschap dat wel gedaan herhaaldelijk doorbraken bereikt in het onderzoek naar zuivere siliciumanodes. In 2020, Cangaz et al. rapporteerde een kolomvormige siliciumanode bereid door een PVD proces, en gecombineerd met een Li6PS5Cl-elektrolyt en een LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2 kathode om een ​​volledig solid-state batterij met een hoge specifieke capaciteit te maken (210 mA·h·g-1). De kolomvormige siliciumanode is al meer dan meer dan stabiel in gebruik 100 keer onder een hoge belasting van 3,5 mA·h·cm-2, met een Coulombisch rendement als hoog als 99,7%~99,9%. Tijdens de cyclus vertoont de kolomvormige siliciumstructuur een eendimensionaal ademhalingseffect vergelijkbaar met de lithiumanode in de verticale richting richting. Deze eendimensionale ademhaling kan worden gecompenseerd door het intrinsieke porositeit van de kolomvormige siliciumstructuur en de externe stapeldruk, het vormen van een stabiele tweedimensionale SEI. Tegelijkertijd neemt de stapeldruk (20 MPa) onderdrukt ook de delaminatie van het kolomvormige silicium en de stroom verzamelaar. Vergeleken met metalen lithiumanoden is deze kolomvormige siliciumanode elimineert het risico op lithiumdendrieten, kortsluiting en dood lithiumverlies. In 2021 hebben Tan et al. rapporteerde een commerciële zuiverheid van micronkwaliteit van 99,9,9% (massa). silicium Si (μ-Si) anode. Het interface-contactgebied tussen het negatieve elektrode en de Li6PS5Cl-elektrolyt is een tweedimensionaal vlak, zelfs als volume-expansie vindt plaats tijdens het laden en ontladen. Echter, de het tweedimensionale vlak blijft nog steeds behouden en er wordt geen nieuw grensvlak gevormd. De Li-Si-legering gevormd door de gelithieerde μ-Si negatieve elektrode heeft een unieke chemische stof en mechanische eigenschappen, waardoor het contactoppervlak tussen de negatieve elektrode en de elektrolyt [Figuur 8 (a)]. De geheel vaste toestand lithiumbatterij samengesteld door μ-Si, Li6PS5Cl-elektrolyt en NCM811 kunnen werken stabiel binnen een hoge oppervlaktestroomdichtheid (5 mA·cm-2) en een brede temperatuur bereik (-20~80â). Het heeft een capaciteitsbehoud van 80% na 500 stabiel cycli en een gemiddelde Coulomb-efficiëntie van 99,95% [Figuur 8(b)], wat de beste prestaties van micro-silicium all-solid-state batterijen meldden dit ver. Het is vermeldenswaard dat de μ-Si-anode een hoge stroomdichtheid ondergaat fietsen zonder geleidende koolstofmaterialen, waardoor de ontleding van de sulfide-elektrolyt. Het levert nieuwe ideeën op voor de tegenstanders effecten van koolstof in Si-C-composietelektroden in conventioneel denken. In 2022, Cao et al. bereidde een samengestelde negatieve elektrode voor, bestaande uit nano-silicium (nm-Si) deeltjes, geleidende koolstof en Li6PS5Cl door middel van een bal frezen. De samengestelde negatieve elektrode heeft goede elektronische en ionen geleidbaarheid binnen, wat de lokale stroomdichtheid effectief kan verminderen en remmen de vorming van lithiumdendrieten op het oppervlak van het negatief elektrode. Het wordt gecombineerd met een éénkristal NMC811 kathodemateriaal gecoat door middel van een sol-gel-methode. Met behulp van een Li6PS5Cl-film met een dikte van 47 µm als elektrolyt, een volledig vaste lithiumbatterij met een energiedichtheid van maximaal Er werd 285 W·h·kg-1 verkregen. De volle accu behaalde een hoge capaciteit van 145 mA·h·g-1 bij C/3 voor 1000 stabiele cycli. De samengestelde siliciumanode toont de vooruitzicht op grootschalige productie, waardoor de kosten aanzienlijk worden verlaagd, en geeft richting aan de commercialisering van volledig vaste-stof-lithiumbatterijen. Anders dan Tan's ontwerpconcept voor negatieve elektrodes, is dit samengestelde negatief De elektrode voegt niet alleen elektrolyt toe, maar voegt ook koolstofgeleidend middel toe. De De reden hiervoor is dat nm-Si, vergeleken met μ-Si, een groter oppervlak heeft meer grenzen in de siliciumanode, en er zit meestal een laagje SiO op het oppervlak van nm-Si. Daarom is de elektrische geleidbaarheid over het algemeen 3 ordes van grootte lager dan die van μ-Si, wat de elektronengeleiding belemmert tijdens het laden en ontladen. Experimenten tonen aan dat tijdens het proces van Door lithium uit deze nm-Si-anode te verwijderen, ontleedt de elektrolyt alleen enigszins, en er worden geen lithiumdendrieten geproduceerd. Gebaseerd op het bovenstaande systeem, Cao et al. stelde een batterijarchitectuur voor met een bipolair stapelontwerp. De enkele cellen worden in serie geschakeld via een stroomcollector om het gebruik ervan te verminderen inactieve materialen, waardoor een hogere energiedichtheid wordt bereikt. Meer specifiek, een dubbellaags gestapelde volledig solid-state lithiumbatterij gemaakt van interface-stabiel enkele kristallen LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl en nm-Si dienen als de positieve elektrode, elektrolyt en negatieve elektrode respectievelijk, wat een hoge spanning oplevert spanning van 8,2 V. De energiedichtheid op batterijniveau bedraagt ​​204 W·h·kg-1, wat hoger dan de 189 W·h·kg-1 van een enkele batterij. Dit bipolaire gestapelde ontwerp heeft een goede referentiewaarde voor het gehele veld van volledig vaste-stofbatterijen.

Fig.8 Interfacial characterization and cycling performance between µ-Si anode and Li6PS5Cl in the ASSLBs

Fig.8 Grensvlakkarakterisering en cyclusvorming prestatie tussen μ-Si-anode en Li6PS5Cl in de ASSLBs

Tabel 1 vat de oplossingen voor het probleem samen sulfide vaste elektrolyt/anode-interface en de bijbehorende voordelen en nadelen.

Tabel 1 Aanpak van strategieën voor grensvlakproblemen tussen anoden en op sulfiden gebaseerde vaste-stofelektrolyten

Type anode

Verbeterstrategie

Voordeel

Nadelen

Lithiummetaal

Oefen externe druk uit

Vergroot het vast-vast contactoppervlak van de negatieve elektrode/elektrolyt om de overdracht van lithium te vergemakkelijken ionen.

Niet in staat het stabiliteitsprobleem op te lossen de negatieve elektrode-interface

kunstmatige SEI-film

Het vermijdt direct contact tussen lithium metaal- en sulfide vaste elektrolyt, remt effectief nevenreacties, verbetert de stabiliteit van de negatieve elektrode-interface en verhoogt de levensduur van de batterij.

Kunstmatige SEI zal geconsumeerd blijven worden naarmate de batterij cyclust, en zal uiteindelijk leiden tot direct contact tussen de batterijen lithiummetaal en sulfide-elektrolyt, wat de levensduur van de batterij.

Elektrolytenoptimalisatie

Verhinder het optreden van interfacezijde reacties

Langdurig batterijgebruik zal nog steeds plaatsvinden veroorzaken grensvlaknevenreacties en de vorming van lithiumdendrieten.

Wijziging van lithiumanode

Vermijd direct contact tussen lithiummetaal en sulfide-elektrolyt om nevenreacties en het ontstaan ​​ervan te remmen lithiumdendrieten

Een enkele negatieve elektrodemodificatie kan de vorming van lithiumdendrieten en de structuur ervan niet remmen de samenstelling van het elektrolyt moet worden geoptimaliseerd.

Gelegeerde anode

Vervang lithiummetaal door lithiumlegeringen, zoals Li-In, Li-Al, Li-Sn, Li-Si-legeringen, enz.

Anodes van lithiumlegeringen kunnen de interface verbeteren bevochtigbaarheid, remt het optreden van grensvlakreacties, verbetert de chemische en mechanische stabiliteit van het grensvlak van vaste elektrolyten, en vermijd kortsluiting veroorzaakt door de groei van lithiumdendrieten.

In Li-M-legeringen, als M een metaal is, is de redoxpotentiaal en molecuulgewicht van het metaal zijn relatief hoog, wat betekent dat vermindert het voordeel van de energiedichtheid van solid-state batterijen aanzienlijk. Li-Si legering heeft nog geen goede gegevensondersteuning

Siliciumanode

Vervang lithiummetaal door siliciumhoudende negatieve elektroden, zoals Si-C, nm-Si, μ-Si negatieve elektroden, enz.

Siliciumhoudende anodes hebben ultrahoge theoretische specifieke capaciteit en laag werkpotentieel. Meerdere onderzoeken hebben aangetoond dat siliciumanodes en sulfide-elektrolyten een goed grensvlak hebben stabiliteit, waardoor ze een uitstekende anodekeuze zijn voor lithium in vaste toestand batterijen.

De kosten van nm-Si-anode zijn relatief hoog, wat grootschalige productie en toepassing beperkt.

Andere anodes

Zilveren koolstof-negatieve elektrode

Lee et al. rapporteerde een volledig vaste toestand batterijontwerp met een tussenlaag van zilverkoolstof (Ag/C) [Figuur 9(a)]. Dit het tussenlaagontwerp reguleert effectief het lithiumafzettingsproces, en Er worden zeer omkeerbare lithiumafzettings- en stripverschijnselen waargenomen tussen de Ag/C-laag en de stroomcollector. Onder hen is C gewend scheid de Li6PS5Cl-elektrolyt van het afgezette metallische lithium, dat vermijdt niet alleen de reductie van de elektrolyt, maar voorkomt ook de vorming van lithiumdendrieten. Ag kan de kernenergie van metallisch lithium om een ​​Ag-Li-legering te vormen. Een deel van de Ag beweegt naar het oppervlak van de huidige collector om een ​​vaste oplossing te vormen met metallisch lithium, wat bevordert uniforme lithiumafzetting. Na de ontlading ontstaat de metallische lithiumlaag volledig opgelost, terwijl Ag tussen de huidige collector en de blijft Ag-C-laag. Dit ontwerp is geschikt voor de volumeverandering van metallisch lithium tijdens het fietsen de lokale stroomdichtheid van de lithiumanode verminderen, en verbetering van de cyclusstabiliteit. Zoals weergegeven in afbeelding 9(b), de gemonteerde batterij van het zakje (0,6 A·h) vertoont een hoge energiedichtheid (groter dan 900 W·h·L-1) bij 60 °C. Stabiel Coulomb-rendement van meer dan 99,8%. Lange levensduur (1000 cycli). Het biedt nieuwe ideeën voor de commerciële toepassing van lithium in vaste toestand batterijen.

Fig.9 Structure and cycling performance for sulfide-based ASSLBs used Ag-C anode

Fig.9 Structuur en cyclusprestaties voor op sulfiden gebaseerd ASSLB's gebruikten Ag-C-anode


Grafiet

Onder verschillende geïntercaleerde anodematerialen voor lithium-ionbatterijen is grafiet commercieel het meest succesvol materiaal vanwege de lage kosten, grote reserves en lange levensduur. Echter, binnen Op het gebied van volledig vastestofbatterijen is grafiet niet het middelpunt geworden materiaalkeuze voor negatieve elektrodes vanwege de beperkte theoretische capaciteit. In vroege rapporten werd grafiet vaak gebruikt als anodemateriaal voor nieuwe gesynthetiseerde sulfide vaste elektrolyten. Later onderzoek richtte zich op de basiswerkmechanisme van grafiet in sulfide ASSLB's om het ontwerp te optimaliseren en vervaardiging van elektroden. Grafiet wordt vaak gebruikt als raamwerk voor hoogenergetische anodematerialen in recent onderzoek, die structurele integriteit bieden en elektrische geleidbaarheid. Echter, andere huidige negatieve elektroden zoals Lithium en silicium hebben nog steeds problemen zoals hoge kosten en grote volumes expansiesnelheid en onstabiele cyclus. Daarom is grafiet een materiaal met een lage kosten, grote reserves, hoge mate van commercialisering en hoge stabiliteit kunnen dat wel spelen een belangrijke rol in de procesontwikkeling van volledig solid-state batterijen in de vroege stadia. Het is noodzakelijk om het beschikbare continu te optimaliseren capaciteit van grafiet.

Huidige collectorvoorbehandeling

Anodeloze lithium-ionbatterijen worden gemonteerd de stroomafnemer rechtstreeks met de batterij verbinden zonder overtollig lithium toe te voegen, waarbij metallisch lithium wordt gevormd door de reductie van lithiumionen op de stroomcollector van de volledig gelithieerde kathodebeplating tijdens de eerste oplaadcyclus. Dit concept is uitgebreid bestudeerd op het gebied van lithium-ionbatterijen, en sommige teams hebben dit ontwerp uitgebreid volledig solid-state lithiumbatterijen. Gu et al. geëtst het oppervlak van roestvrij stalen stroomcollector (SSCC) in verschillende mate, passend bij Li5.5PS4.5Cl1.5 vaste elektrolyt, en voerde elektrostatische cycli uit met behulp van een asymmetrische batterijconfiguratie (lithiumfolie | roestvrijstalen folie). Experimentele resultaten laten zien dat verschillende SSCC-ruwheden een grotere impact hebben op de prestaties van de batterij. Volledig solid-state batterijen geassembleerd met SSCC's met een ruwheid van 180 nm heeft betere elektrochemische cyclusprestaties dan batterijen met een ruwheid van slechts 20 nm. Dit komt door het ruwe oppervlak het vergroten van de contactpunten tussen de elektrolyt en de stroom collector, waardoor meerdere reactiepunten ontstaan ​​en een uniforme afzetting mogelijk is van lithium op de interface. Wanneer de oppervlakteruwheid echter groter is dan 500 nm zorgt het sterk opgeruwde oppervlak ervoor dat de lithiumionen nauwelijks de beperkte contactpunten aan de geëtste onderkant van de stroomafnemer. Dit vermindert de neerslag van lithium en vertoont slechtere prestaties. Dit fenomeen treedt niet op bij vloeibare batterijen. Dit laat zien dat de interactie tussen de vaste elektrolyt en de stroomcollector is aanzienlijk verschilt van die van de vloeibare elektrolyt. Het is noodzakelijk om verder te gaan verken het fundamentele werkingsmechanisme en de kenmerken van vóór de stroom Het collectorontwerp van de negatieve elektrodevrije volledig solid-state batterij kan zijn uitgevoerd.


Samenvatting en vooruitzichten

Met de opkomst van LGPS met hoge ionen geleidbaarheid, heeft onderzoek naar sulfide lithium-ionbatterijen in vaste toestand dat wel gedaan sterk toegenomen. Onder hen de selectie van anodematerialen en de oplossing van interfaceproblemen is een van de onderzoeksfocus geworden. Veel Wetenschappers hebben de voortgang van het onderzoek naar lithium uitgebreid samengevat anode/sulfide-elektrolytinterface. Dit artikel biedt een systematische overzicht van de reguliere anodematerialen voor lithium in vaste toestand batterijen op basis van sulfide-elektrolyten, zoals metallisch lithium, lithium legeringen en siliciumanodes. Het interfaceprobleem tussen lithiumanode en sulfide-elektrolyt werd voorgesteld, en gemeenschappelijke strategieën om de interface-eigenschappen werden samengevat. Momenteel bestaat dit uit volledig vaste-stof lithium-ion Batterijen zijn nog steeds verre van commerciële toepassing en ontberen een volledige basis theoretisch onderzoek en technische ondersteuning. Daarom de volgende problemen waar in toekomstig onderzoek nog steeds aandacht aan moet worden besteed.

(1) Anodes van lithiumlegeringen zijn uitstekend lithium-opslagcapaciteit en stabielere prestaties, en zijn geweldig gebleken potentieel bij het oplossen van de dendrietgroei en kortsluiting van lithiumanoden, bereiken hoge energiedichtheid en langdurig stabiele, volledig vaste lithiumbatterijen. In op het gebied van volledig solid-state batterijen, vanwege de contacteigenschappen van de solid-solid interface, het probleem van herhaalde SEI-generatie veroorzaakt door de reactie van legeringsmaterialen en vloeibare elektrolyten kan worden opgelost. Om te Het is beter om legeringsanodes toe te passen, er moet basis- en toegepast werk worden uitgevoerd het begrip van de chemie, elektrochemie, mechanisch vergroten eigenschappen en werkingsmechanisme van legeringsanodes in vastestofbatterijen, dus om te voldoen aan de vraag naar stabiele solid-state-verbindingen met hoge capaciteit en op lange termijn batterijen. .

(2) Siliciumanodes kunnen de energie maximaliseren dichtheid van volledig vaste lithium-ionbatterijen. Maar omdat silicium dat wel heeft lage elektronische geleidbaarheid, veelgebruikte koolstofgeleidende middelen zullen dat wel doen versnellen de afbraak van sulfide-elektrolyten. Hoe regel je de samenstellingsparameters van de siliciumanode, zodat deze geen invloed heeft op de geleidende pad van de elektrode noch de ontleding van het sulfide veroorzaakt elektrolyt is een grote uitdaging bij het bereidingsproces van siliciumanoden. Het vormt ook een technische barrière voor grootschalige industrialisatie van silicium anodes in sulfide-solid-state-batterijen.

(3) De problemen van kleine en hoge reserves Er moet in de praktijk ook aandacht aan de prijs van metallisch lithium worden besteed commerciële toepassingen. Hoewel de metalen lithiumanode er gunstig voor is het lithiumplatingproces is geen noodzakelijk onderdeel om te bereiken elektrochemische reactie lithiumplating. De gebruiksomstandigheden van lithiummetaal zijn extreem hard, en de massaproductie van lithiumbatterijen zal dit met zich meebrengen enorme veiligheidsrisico’s. Daarom, om de kosten te verlagen, de veiligheid te verbeteren en het bereiken van de ultieme commercialisering, de ontwikkeling van volledig solid-state lithium batterijen zonder lithiumanodes is een onderzoeksrichting. Bijvoorbeeld de onderzoek naar Ag-C-composietelektrode levert een goed idee op voor het volgende werk. In bovendien het basiswerkmechanisme en de kenmerken van stroomafnemers hebben ook verder onderzoek nodig om stroomafnemers gericht voor te behandelen om hoogwaardige, volledig solid-state batterijen zonder negatief te verkrijgen elektroden.

De ontwikkeling van een negatieve elektrode materialen op het gebied van volledig vastestofbatterijen heeft nog een lange weg te gaan. Met de verdieping van het onderzoek zijn volledig solid-state batterijen gebaseerd op hoge energie negatieve elektroden zullen zeker hun unieke voordelen in het veld laten zien van secundaire batterijen.

laat een bericht achter

    Als u geïnteresseerd bent in onze producten en meer details wilt weten, laat dan hier een bericht achter, wij zullen u zo snel mogelijk antwoorden.

Huis

Producten

bedrijf

top