【科技】张锁江院士团队最新成果：仿生设计打造宽温高压固态锂金属电池

成果简介

图文导读

【图 1 】 a)AMSE 的设计。 b)   PAN 和 PVDF-HFP 的轨道能量。 c)   LCL 的仿生设计。 d 、 e)HVL 和 LCL 的 SEM 图像 ( 顶面和横截面 ) 。 f)AMSE 横截面的能谱图。

【图 2 】 a)LCL 和 HVL 的拉曼光谱，符合 Gaussian–Lorentzian 。 b)HVL 、 LCL 和 AMSE 的 XPS 。 c) ⁷ Li LCL 和 HVL 在室温下的 SNMR 谱； d)LCL 、 HVL 和 AMSE 在不同温度下的阿伦尼乌斯图。 e) 基于 AMSE 的 Li/Li 电池在 20 mV 下的计时电流曲线 ( 插图 :EIS 谱 ) 。 f)LCL 、 HVL 和 AMSE 的 Li ⁺ 电导率。 g)AMSE 运输机制示意图。

【图 3 】 a) 在室温 0.2   mA cm ^-2 下基于 SPEs 的对称电池的电压曲线。 b)0.2 至 3mA cm ^-2 范围内 Li/AMSE/Li 的电压曲线。 c)Li/LCL/Li 、 d) Li/HVL/Li 和 e) Li/AMSE/Li 在 0.2mA cm ^{- 2} 下经过 200 小时后的表面 SEM 图像。锂负极的 f) C 1s 、 g) N 1s 和 h) F 1s XPS 。

【图 4 】 a) 循环性能。 b) 不同循环下的充电 - 放电曲线。 c)NCM811 电池的循环性能。 d)NCM811 电池的充放电曲线。暴露于 LCL 、 HVL 和 AMSE 的循环 NCM811 粒子的 TEM 图像。 h – j) 在 LCL 、 HVL 和 AMSE 的电池中界面演变的示意图。

【图 5 】 a)100 ℃下 Li/LFP 的循环性能、 b) 倍率性能、 c) 循环性能和 d) 室温下软包电池的电压曲线。 e) 在极端条件下点亮蓝色 LED 的高压 Li/AMSE/NCM811 软包电池。

【图 6 】在 0.2C 下循环的 Li/AMSE/NCM811 的阻抗演变。   a – c 循环过程中的阻抗演变 ) 相应的电压曲线 (a) 以及在充电 (b) 和放电 (c) 过程中收集的阻抗谱。 d)Li/AMSE/NCM811 在 0.2 C 下在 0% SOC 下十个循环的奈奎斯特图，在测试之前，电池静置 30 分钟。 e) 在 0% SOC 时在 100 ℃下在 5 C 下 100 个循环的 Li/AMSE/LFP 的奈奎斯特图，在测试之前，电池静置 30 分钟。 COMSOL 模拟分析 100% SOC 时 LCL 和 AMSE 的电场 (f) 和 Li ⁺ 浓度 (g) 的分布。

总结和展望

参考文献

Meng Yao, Qinqin Ruan,  Shanshan Pan,  Haitao Zhang*,  Suojiang Zhang*. An Ultrathin Asymmetric Solid Polymer Electrolyte with Intensified Ion Transport Regulated by Biomimetic Channels Enabling Wide-Temperature High-Voltage Lithium-Metal Battery. Adv. Energy Mater. 2023, 2203640.

DOI :  10.1002/aenm.202203640

https://doi.org/10.1002/aenm.202203640