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武理AEM:界面催化策略实现稳定的固态锂金属电池

发布日期:2024-06-18 15:21:37 信息编号:120 浏览次数:0

基于聚合物电解质的固态锂金属电池因其高能量密度和高安全性而备受关注,然而,聚合物电解质与高还原性锂金属间的副反应所形成的不稳定SEI不利于电池的循环稳定性,进而限制了聚合物电解质的发展。因此,在基于聚合物电解质的固态电池中构筑高稳定SEI,实现高能量密度、高安全性能和长循环寿命的固态电池已成为当下需要解决的关键问题。在此,武汉理工大学麦立强、徐林等人合成了一种含钙空位的超细纳米线,将其与聚合物电解质复合构筑一种新型的复合固态电解质。

研究证明,在TFSI-的电化学还原分解过程中,钙空位(VCa)附近的未配对电子向TFSI-阴离子转移,促进了S-N和C-F键的断裂,从而增强了其分解动力学,促进富无机SEI的形成。由TFSI-衍生的富无机SEI具有超稳定性,在动力学上有利于Li离子的快速均匀输运,从而阻碍了锂枝晶生长。因此,该界面催化策略实现了Li| Li对称电池、LFP| Li和NCM811| Li全电池的稳定循环。图1. SEI的组成和结构表征

总之,该工作设计了一种含钙空位的超细纳米线,将其引入聚合物基电解质实现锂负极表面稳定SEI的构筑。研究发现,超细纳米线表面钙空位处的未配对电子迁移至TFSI-,促进了TFSI-的还原反应动力学,从而形成稳定的富无机SEI。该SEI抑制了负极表面的副反应,同时调控锂离子传输动力学,抑制锂枝晶产生。

基于此,锂锂对称电池可稳定循环1700h以上,全电池及软包电池也表现出优异的循环稳定性。因此,该界面催化策略为改善聚合物基电解质与锂负极间界面稳定性提供了新思路。图2. 全电池性能

Interfacial Catalysis Strategy for High-Performance Solid-State Lithium Metal Batteries, Advanced Energy Materials 2024 DOI: 10.1002/aenm.202401829