我國科學家模仿硅藻土多級結構開發(fā)高性能固體鋰離子電池

核心提示:鋰金屬電池的商業(yè)化一直受到安全問題和有限的循環(huán)壽命的限制。用新的不可燃固體電解質替代傳統(tǒng)的有機電解質可以顯著降低鋰金屬電池著火和爆炸的風險。然而，由于固體電解質與電極材料之間的固-固界面接觸有限，使得固體鋰金屬電池的電化學性能受到限制，不能滿足實際應用的要

記者從我國科技大學,這所學校姚王宏斌團隊和shu-hong余教授領導的研究小組,靈感來自硅藻土具有多級結構的特點,用天然硅藻土作為模板結構穩(wěn)定,無樹突上升的多層次結構的鋰金屬陽極、固體復合基于金屬鋰復合構建固體鋰離子電池表現(xiàn)出良好的電化學性能。研究結果發(fā)表在六月六日的《自然通訊》雜志上。

鋰金屬電池的商業(yè)化受到安全問題和有限的循環(huán)壽命的限制。用新的不可燃固體電解質替代傳統(tǒng)的有機電解質可以顯著降低鋰金屬電池著火和爆炸的風險。然而，由于固體電解質與電極材料之間的固-固界面接觸有限，使得固體鋰金屬電池的電化學性能受到限制，不能滿足實際應用的要。

研究人員首先利用鎂熱還原法將天然硅藻土轉化為具有多級通道結構的硅骨架。然后將多級結構硅框架與熔融鋰金屬混合，充分攪拌得到鋰硅復合粉末。然后，采用固體電解質對鋰硅粉體表面進行改性。最后將粉末通過冷壓工藝壓入模具，制成多級結構的復合金屬鋰負極。在復合材料鋰金屬負極中，鋰金屬嵌入改性骨架的通道結構中，改善了其與電解質的接觸面積，使鋰離子流動更加均勻，保持了電極結構的完整性。

基于硅藻土多級通道結構模板，成功構建了多級結構的金屬鋰復合負極，在全固態(tài)金屬鋰離子電池的應用中表現(xiàn)出了優(yōu)異的電化學性能。采用復合鋰金屬負極作為固體電解質，電池在鋰噴射/沉積試驗中可穩(wěn)定循環(huán)1000小時以上，且不存在短路，極化電壓可保持在100毫伏以下。

本研究是制備高性能固體鋰金屬復合陰極的新嘗試，將為高比能/高安全儲能裝置的發(fā)展供應新的結構設計思路。