我國科學(xué)家模仿硅藻土多級(jí)結(jié)構(gòu)開發(fā)高性能固體鋰離子電池

核心提示:鋰金屬電池的商業(yè)化一直受到安全問題和有限的循環(huán)壽命的限制。用新的不可燃固體電解質(zhì)替代傳統(tǒng)的有機(jī)電解質(zhì)可以顯著降低鋰金屬電池著火和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。然而，由于固體電解質(zhì)與電極材料之間的固-固界面接觸有限，使得固體鋰金屬電池的電化學(xué)性能受到限制，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要

記者從我國科技大學(xué),這所學(xué)校姚王宏斌團(tuán)隊(duì)和shu-hong余教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組,靈感來自硅藻土具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),用天然硅藻土作為模板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,無樹突上升的多層次結(jié)構(gòu)的鋰金屬陽極、固體復(fù)合基于金屬鋰復(fù)合構(gòu)建固體鋰離子電池表現(xiàn)出良好的電化學(xué)性能。研究結(jié)果發(fā)表在六月六日的《自然通訊》雜志上。

鋰金屬電池的商業(yè)化受到安全問題和有限的循環(huán)壽命的限制。用新的不可燃固體電解質(zhì)替代傳統(tǒng)的有機(jī)電解質(zhì)可以顯著降低鋰金屬電池著火和爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。然而，由于固體電解質(zhì)與電極材料之間的固-固界面接觸有限，使得固體鋰金屬電池的電化學(xué)性能受到限制，不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要。

研究人員首先利用鎂熱還原法將天然硅藻土轉(zhuǎn)化為具有多級(jí)通道結(jié)構(gòu)的硅骨架。然后將多級(jí)結(jié)構(gòu)硅框架與熔融鋰金屬混合，充分?jǐn)嚢璧玫戒嚬鑿?fù)合粉末。然后，采用固體電解質(zhì)對(duì)鋰硅粉體表面進(jìn)行改性。最后將粉末通過冷壓工藝壓入模具，制成多級(jí)結(jié)構(gòu)的復(fù)合金屬鋰負(fù)極。在復(fù)合材料鋰金屬負(fù)極中，鋰金屬嵌入改性骨架的通道結(jié)構(gòu)中，改善了其與電解質(zhì)的接觸面積，使鋰離子流動(dòng)更加均勻，保持了電極結(jié)構(gòu)的完整性。

基于硅藻土多級(jí)通道結(jié)構(gòu)模板，成功構(gòu)建了多級(jí)結(jié)構(gòu)的金屬鋰復(fù)合負(fù)極，在全固態(tài)金屬鋰離子電池的應(yīng)用中表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學(xué)性能。采用復(fù)合鋰金屬負(fù)極作為固體電解質(zhì)，電池在鋰噴射/沉積試驗(yàn)中可穩(wěn)定循環(huán)1000小時(shí)以上，且不存在短路，極化電壓可保持在100毫伏以下。

本研究是制備高性能固體鋰金屬復(fù)合陰極的新嘗試，將為高比能/高安全儲(chǔ)能裝置的發(fā)展供應(yīng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路。