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    北京大學龐全全最新Nature:超快充全固態電池

    695   編輯:中冶有色網   來源:北京大學  
    2025-01-16 14:49:00
    01 【導讀】 開發全固態電池在信息技術、移動通信和電動汽車等領域發揮著重要作用,其具有高安全性和比能量。其中,基于層狀金屬氧化物(LMO)正極的全固態電池具有廣泛的吸引力,但LMO在高電位下與固態電解質(SE)的不可逆副生反應以及富鎳LMO的化學-機械降解阻礙了其長期穩定性和倍率性能。ASSLSB(全固態鋰硫電池)以其高比能量在原則上可以消除一些這些挑戰,適中的電位不會導致SEs的顯著氧化,也不會在充電時釋放活性氧威脅熱安全,因此有望實現更高的固有安全性,且使用SEs還可以進一步消除液態電解質基Li–S電池中存在的臭名昭著的多硫化物穿梭現象。然而,ASSLSBs一直受到較差的倍率性能和循環壽命的困擾,元素硫和Li2S的固態-固態-固態反應(SSSRR)非常緩慢。由于這兩種活性材料都是電子絕緣體,反應只能在SE|活性材料|碳的三相邊界處發生。由于三相邊界位點的密度通常遠低于兩相邊界位點的密度,反應在空間上高度受限,挑戰了有效的固-固電荷轉移。通過引入功能添加劑到正極中,如Cu、LiVS2和改性碳,已經做出了顯著努力,但由“全固三相邊界”挑戰引起的不良動力學問題并未完全解決。此外,使用Li2S作為活性材料可能會給電極制造帶來技術挑戰。 02 【成果掠影】 在此,北京大學龐全全團隊(通訊作者)展示了使用LBPSI玻璃態固態電解質(GSEs)實現的快速SSSRR和高循環穩定性。與使用額外的電子介導劑不同,電解質本身被配制為含有氧化還原活性碘,使其作為表面氧化還原介導劑促進Li2S顆粒的氧化。在充電時,SE表面上的碘陰離子可以在SE|C邊界處被電化學氧化為I2和I3?(表示為I2/I3-),隨后化學氧化接觸中的Li2S。值得注意的是,這種基于SE表面的氧化還原介導過程使得反應可以在SE|Li2S兩相邊界處發生,否則該邊界是不活躍的,但其數量遠多于所需的SE|Li2S|C三相邊界。配制的電解質傾向于形成玻璃,這使得碘的可逆氧化還原反應得以實現,而不是持續的SE降解。 基于這一機制,ASSLSB展現出超快充電能力,在2C(30℃)充電時硫的比容量高達1497mAh/g,而在20C時仍可保持784mAh/g。值得注意的是,在 60℃的極端條件下,以150C的倍率充電時,硫的比容量可達432mAh/g。此外,該電池在5C(25
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