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UWO团队揭示全固态锂电池预成核剂的相演化过程

日期:2020-09-24    来源:OFweek

国际新能源网

2020
09/24
09:32
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关键词: 锂电池 固态锂电池 电解质

西安大略大学Xueliang Sun教授带领的团队和多伦多大学的Chandra Veer Singh教授,阐明预成核剂在运行的全固态锂电池(ASSLB)电池中的相演化过程。

据报道,西安大略大学Xueliang Sun教授带领的团队和多伦多大学的Chandra Veer Singh教授,提出一种预成核剂(MoS2),通过控制锂成核和沉积过程,在高电流密度下抑制锂枝晶生长。此外,还阐明了预成核剂在运行的全固态锂电池(ASSLB)电池中的相演化过程。

固体聚合物电解质具有灵活性高、易于制备、成本/密度低和电化学/化学稳定性高等优点,在ASSLB电池中具有广阔的应用前景。然而,在高电流密度下,锂成核和生长不均会导致锂枝晶不良生长,严重阻碍高速率ASSLB电池的发展。

研究人员表示,在运行中的ASSLB电池中,锂预成核剂(MoS2)经过相演化,形成高度活跃的成核剂(Mo),其中钼可以促进锂快速成核,抑制锂枝晶生长。在镀锂过程中,锂与钼表现出很强的亲和力,导致锂快速成核并选择性地沉积在比表面积较大的钼表面上,降低局部电流密度。此外,锂原子在钼(110)表面快速扩散,促进锂均匀沉积,限制锂枝晶的生长。由于局部电流密度降低,以及锂枝晶生长受限,使用MoS2预成核剂的锂锂对称电池具有优异的电化学性能,在1 mA cm-2/1 mAh cm-2时可实现高达1000小时的循环寿命,在0.5 mA cm-2/2 mAh cm-2时循环寿命高达780小时。

Li-LiFePO4 (LFP)全电池测试进一步证明其实际应用潜力。Li-LFP ASSLB电池在1 mA cm-2的高电流密度下,经过3000次循环,显示出78%的高容量保持能力。

ASSLB电池只有在合理的电流密度下,才有望投入实际应用。然而,在高电流密度下,锂枝晶不良生长会阻碍工作电流密度提高,这仍然是一个挑战。一般情况下,Li-Li对称电池和全电池的电流密度小于0.5 mA cm-2,无法满足ASSLB电池的实际应用要求。

结果表明,还原产物(Mo)是真正的成核剂。它具有重要的意义,可以促进锂快速成核和选择性沉积,抑制锂枝晶生长。

锂负极采用MoS2预成核剂,可以降低过电位,提升锂稳定性。在高电流密度下,使ASSLB电池表现出良好的循环稳定性。


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