锂金属(Li0)固态电池面临着枝晶、副反应、电极-电解液界面等问题和挑战。电池制备操作过程能够产生空腔和破碎,导致电池失效问题。
有鉴于此,加州大学忻获麟教授、麻省理工学院李巨教授等报道一种具有自修复的花状固体电解液,这种电解液将陶瓷晶体修饰在聚合物网络内构成的。
这种电解质能够通过两步的自修复过程,在快速倍率(5.6 μm h-1)实现自动修复空腔和破碎结构。自修复过程中能够形成动态的相图,说明随着外部应力改变,电解质能够在液相和固态之间转变。具有流动性的电解液能够弥补Li0剥离在电极表面过程的体积变化。
(2)
电解液能够在比较高的应力(0.28 MPa)形成固态,促进Li0沉淀过程形成苔藓状(mossy)。通过原位同步辐射X射线和原位TEM表征研究锂电池的化学变化和动力学。固体NMR表征说明双重晶相离子导电路径,以及快速的Li+扩散。设计的这种电解液能够增加Li0-Li0电池的循环寿命,在0.2 mA cm-2达到12000 h,在0.5 mA cm-2达到5000 h。由于具有高临界电流密度(9 mA cm-2),Li0–LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC811)电池在5 mA cm-2电流密度稳定的1100圈循环后仍保留88 %的初始容量。
参考文献
Yubin He, Chunyang Wang, Ruoqian Lin, Enyuan Hu, Stephen E. Trask, Ju Li, Huolin L. Xin, A Self-Healing, Flowable, Yet Solid Electrolyte Suppresses Li-Metal Morphological Instabilities, Adv. Mater. 2024
DOI: 10.1002/adma.202406315
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202406315