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全固态锂离子电池正极界面的研究进展
发布日期:2021-01-10 21:13   来源:未知   阅读:

来源 | 锂电联盟会长

第一部分:前言

统锂离子电池的有机液态电解质在高温下极易起火,造成电池热失控,具有较大安全隐患;同时,由于金属锂负极在电解液中极易产生枝晶,刺穿隔膜引起电池内短路,所以基于有机电解液的传统锂离子电池不能采用金属锂作为负极,限制了电池能量密度的进一步提升。

全固态锂离子电池由于采用耐高温的固态电解质代替常规有机液态电解质,故安全性好于传统锂离子电池。同时,由于固态电解质的机械性能远优于电解液,所以其理论上可以有效阻挡金属锂负极在充放电过程中产生的枝晶,使得全固态锂离子电池可以采用金属负极,进一步提高电池的能量密度。

然而, 固态电解质的本征电化学性能及其与正、负极的界面稳定性等多个方面的问题限制了全固态电池的实际应用。尤其在正极结构中,包括活性物质、导电剂和固态电解质等在内的不同组分之间固-固界面的稳定性限制了电池的容量发挥和循环寿命,是阻碍电池性能 提升的主要瓶颈。

其中,固-固界面化学和电化学稳定性不佳导致正极材料固-固界面不断发生化学和电化学反应,使锂离子在反应过程中逐渐消耗,造成电池的容量衰减;其较差的机械稳定性导致正极材料固-固界面发生剥离,减小了正极活性物质与导电剂和集流体的接触面积,使电池阻抗大幅增加,降低了电池的容量和循环寿命;界面热稳定性不佳导致正极材料和固态电解质在高温下容易发生分解和元素渗透,造成电极与电解质在高温下相变从而失效,限制了电池的装配工艺普适性。因此,提高全固态锂离子电池正极材料固-固界面的稳定性是提升全固态锂离子电池电化学性能的关键。

然而,对全固态锂离子电池正极材料固-固界面基础科学问题的认识不清限制了其性能的进一步提升。本文将对全固态锂离子电池正极界面的化学稳定性、电化学稳定性、机械稳定性和热稳定性的机理问题进行探讨,对不同影响因素和优化方法进行总结和讨论,为全固态锂离子电池的开发和应用提供参考。