锂电之父团队研发出一种新型安全电池

2019-09-20 1100 次浏览

【引言】

传统电池使用的是液态电解液以及金属氧化物作为正极材料，同过阳离子在固液界面通过循环性的迁移实现电化学储能。有机电解液的带隙窗口是，但是它的LUMO低于碱土金属并且易燃。如果电池负极的电压（费米能级）低于锂金属的费米能级（1．3eV）就会在电池的负极形成一个SEI膜来防止电解液在负极放生还原反应。当高电压的的SEI膜中的锂来自于正极材料时会降低电池的容量。目前，市场上使用的移动设备的电源绝大部分使用的是碳负极，但是它的体积容量很低，并且正极的氧化物在工作电压高于4．3V（vs．Li＋/Li）时，材料的结构会变得不稳定。因此，需要一个昂贵的系统来管理复杂的电池充放电过程。人们尝试使用锂合金负极来提高电池的体积容量，但是失败了。金属钠由于价格低廉，并且易得，引起了人们的注意。但是钠电池的容量普遍低于池，并不能达到目的。

【成果简介】

最近，来自于美国TheUniversityofTexasatAustin的JBGoodenough团队在Energy＆environmentalscience上发表了题为“Alternativestrategyforasaferegeablebattery”的文章报道了一种新型的玻璃态固体电解质，室温下该电解质的的锂离子和钠离子的迁移率为10－2Scm－1，并且能有效的抑制锂/钠枝晶的生长，大大提高了电池的安全性能。传统的液态电解液使得电池的安全性能受到威胁，但是本文的提出通过在电解质表面镀锂/钠层的方式提高全固态电池的性能。并且这种电池跟传统电池的区别是，没有了负极的脱嵌行为，而是在电解质作为反应中心提供反应的位置。

【图文导图】

图一：Li－S电池，电极材料循环前后对比

图二：电极镀层过程示意图，及理论解释

图三：钠电池循环性能

【小结】

这种在固体电解质表面镀锂/钠层的方法值得人们重新思考安全电池的发展方向。作者还提出，将传统的脱嵌式电极材料换成具有这种反应中心的低成本的电解质，能大大提高电池的能量密度和循环寿命以及安全性能。

锂电之父团队研发出一种新型安全电池

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