孫學良, 楊路毅, AEM 熱脈衝燒結介面焊接實現4 6V固態電池

Mondo 數碼 更新 2024-02-21

NASICON LI1 型3al0.3ti1.7(PO4)3(LATAP)因其高離子電導率、高電壓穩定性和低成本,是實現高能量密度固態電池(SSB)的最有前途的固態電解質(SSE)之一。 然而,其實際應用受到與正極材料介面相容性不足以及與鋰金屬嚴重不相容的限制。

這裡加拿大西安大略大學孫學良、北京大學深圳研究生院楊璐毅等採用一種改進的超高速高溫燒結(UHS)方法,即熱脈衝燒結(TPS),實現了高壓固態電子束的快速(10秒)整合燒結。 通過將連續的UHS分解為多個熱脈衝,TPS最大限度地減少了不良的介面副作用。 首先,熱脈衝處理不是介面熔化,而是通過在空隙中誘導latp奈米線(NW),使SSE陶瓷顯著緻密化,進一步相互連線並填充空間,從而大大提高了離子電導率。 隨後,在latp的負極製備了新型氧化石墨烯-碳奈米管-MXENE(GCM)層,以防止與鋰發生副反應。 熱衝擊不僅使層形貌均勻,從而更好地抑制鋰枝晶,而且促進了Li+的介面途徑。 最後,熱脈衝在幾秒鐘內將陰極與電解質緊密焊接在一起,而不會發生不良的相擴散。 基於上述優化,SSB最多可以製造4個6 V.

圖1正極的感應介面焊接

綜上所述,本文提出了一種可擴充套件、可控的熱脈衝燒結方法來製備含糖饋,以克服正極材料、latp電解質和鋰金屬之間的介面問題。 快速熱衝擊過程通過誘導LATAP-NWS的生長來增加LAPP SSES的密度,LATAP-NWS填充空隙並增加離子電導率。 同時,在負極構建了緻密保護層 (GCMP),提供了額外的 Li+ 導通途徑,從而產生了穩定而魯棒的 latp Li 介面。 此外,強但瞬態的熱脈衝有助於陰極和 SSE 之間表面的快速焊接,從而促進介面接觸而不會引起有害的副反應。 由於提出了基於 4 的燒結策略6 V LCO SSB 可穩定回收,並提供 185 mAh G-1 的高比容量。 組裝的基於 LFP 的固態電池在 500 次迴圈後仍可保持 90 次8% 高容量。 因此,這項工作為ISE在高壓SSB中的實際應用鋪平了道路。

圖2全固態電池的電化學效能

interface welding via thermal pulse sintering to enable 4.6 v solid-state batteries,advanced energy materials2023 doi: 10.1002/aenm.202303422

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