固态锂电池又有重大突破？国内研究团队成果介绍

【引言】

液体电解质的锂离子电池易出现热失控、着火等安全隐患。采用固体电解质的固态锂电池，则能从根本上解决电池的安全性问题。固态锂电池具有安全性高、长效循环好、自放电低、易于薄膜化和小型化等的优点，是锂电池的重要发展方向。当前，获得高离子电导率、宽电压窗口、高力学性能和优良界面稳定性的固体电解质是固态锂电池开发的首要难题。

在众多固体电解质体系中，聚合物电解质具有优良的柔性，能够缓解电池服役条件下界面处的体积膨胀，起到稳定界面的作用。但是聚合物电解质离子导电能力差、电压窗口窄、力学性能低以及难以抑制锂枝晶生长。无机固体电解质虽然离子导电能力高、电压窗口宽，但是其存在脆性大、可加工性不足。而通过多相复合手段，得到的聚合物／无机复合型固体电解质则兼具上述两种材料的优点，是最有应用前景的电解质材料。

【成果介绍】

近日，北京科技大学材料基因工程高精尖创新中心的范丽珍教授（通讯作者）、清华大学南策文院士和美国德州大学奥斯汀分校的John． B． Goodenough教授（共同通讯作者）团队利用PEO和Garnet结构LLZTO通过无溶剂热压法制备了全系列的PEO／Garnet 复合固体电解质。随LLZTO含量增加，复合固体电解质由“ceramic－in－polymer”逐渐过渡到“polymer－in－ceramic”。同时，电解质的导锂通道也由单一聚合物导锂向聚合物和LLZTO双相导锂转变。此外，电解质具有高的离子电导率、宽电压窗口和良好的界面稳定性，用该电解质组装的固态锂电池能够长效、稳定循环。该研究成果以“PEO／Garnet Composite Electrolytes for Solid－State Lithium Batteries： from “Ceramic－in－Polymer” to“Polymer－in－Ceramic””为题发表在期刊Nano Energy（影响因子：12．343）。
 

（a）复合固体电解质的线性扫描曲线。

（b－d）4．8 V 偏压下，不同电解质对应的不锈钢｜Li电池随时间变化的阻抗谱图。

图5 复合固体电解质与锂负极的界面稳定性

（a）对称锂电池界面阻抗随时间变化曲线。

（b）Li｜PEO－LLZTO－PEG－60 wt％ LiTFSI｜Li电池在0．5 mA cm－2电流密度下的电压随时间变化曲线。

图6 LiFePO4｜PEO8－LiTFSI－10 wt％ LLZTO｜Li电池性能

（a）复合固体电解质的线性扫描曲线。

（b－d）4．8 V 偏压下，不同电解质对应的不锈钢｜Li电池随时间变化的阻抗谱图。

图5 复合固体电解质与锂负极的界面稳定性