薄而坚固的固体电解质层对于实现全固态电池 (ASSB) 的理论能量密度至关重要,该密度超过了最先进的锂离子电池 (LIB)。
这里Yong Min Lee,大邱庆北科学技术学院,Young-Gie Lee,韩国电子通信研究所等提出了一种简单实用的策略,以5 m多孔聚乙烯隔膜为基底框架制备薄固体电解质膜。 具体来说,在涂覆Li6PS5Cl(LPSCL)固体电解质复合材料后,这种基于框架的固体电解质(F-SE)薄膜的厚度也可以减少到约45 m。 与较厚的LPScl颗粒相比,F-SE膜的离子电导率略低,但F-SE膜在Li||Li 对称电池具有高电导率和低过电位。 与传统LPSCl颗粒电池相比,它用于Lini07co0.15mn0.15O2 全电池可以提高可逆容量和倍率性能。 F-SE 膜电池在 250 次循环中表现出出色的稳定性,同时保持高容量和库仑效率。 值得注意的是,F-SE薄膜显着提高了ASSB的能量密度(314 Wh kg 1),超过了硫化物电池的报告值。
图1电池性能
综上所述,该工作基于多孔PE框架SE薄膜的制备和表征。 具体来说,它们表现出优异的机械性能(抗拉强度:441 MPa),并在 140 °C 下进行热缩试验后保持完整的结构,同时保持超薄厚度 (45 m)。基于厚度优势,F-SE膜表现出显著的离子电导(113 ms),几乎是传统LPSCL颗粒(53 ms)的两倍。 此外,使用F-SE膜和NCM711阴极在ASSB全电池中实现了314 Wh kg1和404 Wh L1的能量密度,超过了商用液体电解质的能量密度。 在优异的电导性影响下,采用F-SE薄膜的电池比传统的LPSCL颗粒电池表现出更高的可逆容量和倍率性能。 因此,F-SE薄膜具有优异的机械强度、热稳定性和高导电性,使其成为ASB大规模生产和商业化的有希望的候选材料。
图2锂电池型号
thin, highly ionic conductive, and mechanically robust frame-based solid electrolyte membrane for all-solid-state li batteries,advanced energy materials2023 doi: 10.1002/aenm.202302596