综合新闻 News
联系我们
  • 客服服务电话:021-64321087
  • 商业服务电话:13918059423
  • 技术服务电话:13918059423
  • 联系人:崔老师 
  • 服务邮箱:shxtb@163.com
  • 地址:上海市徐汇区桂林路100号8号楼107室

上海硅酸盐所开发出正极高载量的氟化铁锂全固态电池

日期: 2025-01-23
浏览次数: 185

全固态锂金属电池被认为是未来最具前景的储能技术之一,其具有高能量密度、长循环寿命和高安全特性等优势。其中,石榴石基 Li7La3Zr2O12(LLZO)氧化物电解质因其对锂金属的化学和电化学稳定,以及在室温下近 1 mS/cm 的高离子电导率而备受关注。然而,如何改善固态电解质与锂金属负极的界面接触成为一个挑战,主要是因为锂金属表面的局部锂离子通量累积、锂沉积/剥离不均匀和空隙等问题易导致较大的界面阻抗和锂枝晶生长。至今为止,研究人员提出了诸多策略来解决LLZO/Li界面相关的问题。这些策略包括表面抛光和酸蚀去除Li2CO3、引入聚合物相以提高润湿性、构建亲锂界面以增强LLZO/Li接触、以及施加高外部压力等。然而,表面抛光需要较长的时间且不能完全去除Li2CO3,酸蚀可能引入新的杂质并破坏LLZO结构,亲锂界面层可能会与锂发生反应或形成合金,并在连续合金化和脱合金过程中导致界面层的剥离失效。因此,仍需要进一步研究和发展更有效的方法来克服这些界面问题,以提高全固态锂金属电池的长期性能和稳定性。

基于上述问题,中国科学院上海硅酸盐研究所李驰麟研究员团队提出了一种双重转换反应策略,通过具有多重异质结构的离子电子混合导体层(MIEC)来诱导调节Li+和电子的扩散和传输,并抑制锂枝晶的形成和生长。首先,该团队使用CuF2和LiF作为固态氟源,并加入过渡金属Mo,通过固态转化反应合成富含锂的氟化物Li2MoF6-Cu,然后将其涂覆在LLZO表面。在熔融金属锂和电化学锂化过程中,Li2MoF6会发生另一个转化反应,形成LiF和Mo异质结构。而生成的LiF受到Cu和Mo基体的双重挤压,其晶粒生长或迁移受到限制,这有利于LiF离子导电率的增加。此外,由于Mo和Cu不与锂混溶,弥散的Mo和Cu可以使电子分布均匀,且Cu域的高延展性则可缓解应力变化,保持LLZO/Li界面的完整性和紧凑性。同时,由于功函数差异的诱导,LiF和Cu/Mo之间的异质界面会形成内置电场,在其作用下进一步促了离子和电子在界面快速扩散和迁移。这种策略可以实现LLZO/Li界面的紧密接触、高电荷转移动力学和低界面阻抗,同时调节Li+通量并限制锂枝晶的形成和生长。组装的锂对称电池在 0.2 mA/cm2 电流密度下可稳定循环 10000 小时以上而不会发生短路,过电位低至约 10 mV,累积容量接近 2.5 Ah/cm2

此外,该工作还提出了一种“热熔-渗透-键合”的工艺,用聚氧化乙烯(PEO)作为粘合剂来代替传统的聚偏二氟乙烯(PVDF)应用于正极端,以解决LLZO/正极界面的高接触阻抗问题,同时避免界面润湿剂的引入,从而实现真正的全固态锂电池。该工艺有利于构建具有连续锂离子传输通道并与LLZO电解质紧密接触的高负载正极,熔融PEO可以渗透到界面的空隙中,与LLZO颗粒结合,促进锂离子从正极到固态电解质的全域传输。使用这种策略,基于三元氧镍钴锰氧化物(NCM811)正极的全固态石榴石电池可成功运行,同时可实现正极的高负载量和稳定的可逆容量;对于磷酸铁锂(LFP)正极,这种粘合剂策略也显示了其在全固态电池构架中的循环稳定性。更为重要的是,搭载更具挑战的转换反应型FeF3正极时,其负载高达 6 mg/cm2,达到目前国际上的最高水平;在0.3 C倍率下循环300 次后,放电比容量仍达到 300 mAh/g;即使在712 mA/g 的超高电流密度下,可逆容量仍超过 250 mAh/g。

相关成果以“Heterostructure conductive interface and melt-penetration-bonding process to enable all-solid-state Li-FeF3 garnet batteries with high cathode loading”为题发表于Energy & Environmental Science (2025), DOI: 10.1039/d4ee02947j。论文第一作者是上海硅酸盐所在读博士生吴海龙和胡九林副研究员,通讯作者是李驰麟研究员,相关研究得到了国家自然科学基金委和上海市科委等项目的资助和支持。



阅读原文

Hot News / 相关推荐
  • 2025 - 08 - 29
    点击次数: 49
    来源:中国稀土网据Mining.com网站援引路透社报道,印度尼西亚总统普拉博沃下令成立一个负责监管稀土和放射性材料开发的新矿业管理机构,该机构负责人8月25日向记者表示。“该机构将负责管理与国防工业相关的战略材料工业,因为战略材料对于国家主权十分重要,对于国民经济改善也同等重要”,该机构负责人布莱恩·尤利亚托(Brian Yuliarto)表示,他也是高等教育部长。此前,他曾说稀土金属...
  • 2025 - 08 - 29
    点击次数: 48
    来源:X-MOL过渡金属修饰氧化铈(M-Ce-Ox)合金介导的低温 CO 催化氧化因其独特的界面协同作用而备受关注。本文通过微滴约束法合成了一系列 M-Ce-Ox(M = Fe、Co、Ni、Cu)介孔催化剂。催化剂按以下顺序表现出 T50:Cu-Ce-Ox Ni-Ce-Ox Co-Ce-Ox Fe-Ce-Ox 原始 CeO2。值得注意的是,Cu-Ce-Ox 在 110 °C 以下...
  • 2025 - 08 - 28
    点击次数: 67
    近日,北京大学物理学院量子材料科学中心、北京量子信息科学研究院王楠林教授课题组与合作者,利用新发展的原位高压调压超快泵浦探测技术研究了La4Ni3O10中光激发准粒子弛豫过程随压力的演化,观察到密度波相在结构相变附近完全消失且随后超导能隙打开的非平衡态谱学特征。相关研究成果以“加压La4Ni3O10中密度波坍塌与超导态出现的超快谱学证据”(Collapse of density wave and ...
  • 2025 - 08 - 28
    点击次数: 65
    来源:中国稀土网据MiningNews.net网站报道,维里迪斯采矿和矿产公司(Viridis Mining & Minerals,VMM)已将其在巴西的科罗苏斯(Colossus)离子吸附型稀土矿资源量的一半升级为储量,是原先估算的两倍,能够满足20年开采使用。目前,该项目首个矿石储量为20060万吨,总稀土氧化物(TREO)品位0.264%,其中磁体稀土氧化物(MREO)品位0.074...
  • Copyright ©Copyright 2018  2020 上海市稀土协会 All Rights Reserved 沪ICP备2020034223号-1  沪公网安备 31010402010140号
    主办单位:上海市稀土协会 指导单位:上海市稀土材料开发应用办公室 承办单位:上海稀土产业促进中心 
    犀牛云提供企业云服务