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固态锂电池的头号“杀手”——界面


来源:中国粉体网   墨玉

[导读]  固态锂电池与传统锂离子电池相比,具有能量密度高、循环寿命长及安全可靠等优点,是当今能源存储领域的研究热点之一。

中国粉体网讯  固态锂电池与传统锂离子电池相比,具有能量密度高、循环寿命长及安全可靠等优点,是当今能源存储领域的研究热点之一。固态锂电池采用的是固体电解质,对固体电解质来说界面相容性和稳定性是研究重点,也是攻克难点之一,可谓是固态锂电池的头号“杀手”。解决固态锂电池中的界面问题是取得电池性能根本性突破的关键因素。


固体电解质内部界面


在无机固体电解质中包含两种类型的晶界,一是晶粒内部由于晶体生长方向不同所产生的致密晶界(正负极、电解质晶粒内部产生的位错、缺陷晶界),这种晶界存在于电极与固体电解质材料晶粒内部,结合较为紧密,界面较为平整;第二种是晶粒与晶粒之间烧结所产生的晶界,受温度、压力、气氛等因素的影响,界面结构尺寸比例较小,边缘会有部分气孔和杂质相。当晶界两侧属于不同物相,扩散现象较为严重。晶界处的缺陷和杂质会显著降低离子传输速率,导致电解质整体离子电导率下降。


负极-固体电解质界面


传统的锂金属电池是以金属锂作为电池负极材料,但由于会产生SEI膜和锂枝晶,使得电池的安全性非常差。在固态锂电池中,材料固体电解质作为锂离子传输介质,可以有效抑制锂枝晶的生长,大大提高电池的安全性。但金属锂还原性强,极易使固体电解质中某些高价金属阳离子得电子而被还原,生成高界面电阻相,降低化学稳定性。另外,固体电解质与锂金属形成的界面浸润性差,固固接触会显著提高界面抗阻。


正极-固体电解质界面


在固态锂电池中正极与电解质之间的界面由固态界面转变为固固界面,所以此界面也具有更高的接触电阻。不仅如此,某些正极材料在循环过程中容易发生过渡金属元素的析出,降低电池的循环稳定性,同时,电极在充放电过程中由于体积变化而导致的界面应力会增加电极的局部畸变,使电荷转移电阻增加。


以上问题最大的“元凶”当属界面,那么如何降低界面对固态锂电池的影响呢?对界面性能的研究又有哪些?欢迎参加由中国粉体网举办的“2019高比能固态电池关键材料技术研讨会暨第三届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”,届时我们将邀请来自燕山大学的张隆教授作《无机固体电解质及其界面性能研究》报告,带来更多关于固态电解质界面性能的精彩内容,期待您的到来。


参考来源:

毕志杰.固态锂电池界面问题的研究进展

白立雄.石榴石型Li7La3Zr2O12固体电解质的制备及界面行为研究


(中国粉体网编辑整理/墨玉)

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