江苏大学/挪威科大Small：用于有限锂金属电池的聚苯硫醚基固态隔膜

2023年10月13日上午10:35 • 头条, 干货, 顶刊 • 阅读 24

对高能电池的迫切需求推动了电池研究向锂金属和固态方向发展，而最核心的问题是找到合适的固态电解质（SSE）。到目前为止，研究的电解质均有明显的优势和致命的弱点，这导致工业生产计划犹豫不决。

江苏大学周海涛、伍建春、挪威科技大学De Chen等采用无溶剂工艺制备了一种薄而致密的锂化聚苯硫醚基固态隔膜（PPS-SSS），并处于中试阶段。

图1 PPS-SSS的设计、制备和表征

PPS表面功能化以固定阴离子，将Li⁺转移数增加至0.8-0.9，并拓宽了电化学电位窗口（EPW>5.1 V）。实验显示，在25°C下，PPS-SSS表现出较高的固有锂离子扩散系数和离子电导率（>10^-4 S cm^-1），以及锂离子传输整流效应，从而在铜箔上可以2 mA cm^-2均匀镀锂。

图2 PPS-SSS中锂离子传输和阴离子固定的原理

因此，基于有限镀锂的铜负极或无负极铜箔、高负载和高电压正极，采用聚乙烯（PE）保护的PPS SSS的锂金属电池（LMB）提供了高能量和功率密度（>1000 Wh L^-1和900 W L^-1）、长循环寿命（>200次）以及高安全性，超过了最先进的锂离子电池。该研究结果将促进锂金属电池的实用化。

图3 锂金属电池性能

Polyphenylene Sulfide-Based Solid-State Separator for Limited Li Metal Battery. Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202104365

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