Wichtige Fortschritte bei der Untersuchung der Grenzflächenregulierung für Festkörper-Lithiumbatterien

Die nächste Generation von Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge und Mobiltelefone wird sich für Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien mit höherer Energiedichte und besserer Sicherheit entscheiden. Um die Forschung und Entwicklung neuer Materialien und Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien zu beschleunigen, wurde im 13. Fünfjahresplan erstmals das nationale Forschungs- und Entwicklungsprogramm für Materialgenomtechnologie eingerichtet. Wir hoffen, die Forschung und Entwicklung von Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien durch die neuen Konzepte und Technologien des Hochdurchsatz-Computing, der Synthese, Erkennung und Datenbank (maschinelles Lernen und intelligente Analyse großer Datenmengen) zu beschleunigen. Ein nationales Schlüsselprojekt zur Erforschung und Entwicklung von Festkörperbatterien auf der Basis der Materialgenomtechnologie wurde ins Leben gerufen, das gemeinsam von Professor Pan Feng von der School of New Materials der Shenzhen Graduate School der Peking University als Chefwissenschaftler durchgeführt wurde und von 11 Organisationen geführt.

Der wichtige Teil dieses Projekts umfasst die Forschung und Entwicklung neuer Festelektrolyt- und Festbatteriematerialien. Festelektrolyt wird hauptsächlich in anorganischen Festelektrolyten, Festpolymerelektrolyten und Verbundfestelektrolyten unterteilt. Herkömmliche Festkörperpolymerelektrolyte weisen eine geringe Leitfähigkeit und ein enges Potentialfenster nahe der Raumtemperatur auf, während anorganische Festkörperelektrolyte eine geringe Flexibilität und eine große Grenzflächenimpedanz aufweisen. Als Kombination der beiden weist der zusammengesetzte Festelektrolyt nicht nur Flexibilität auf, sondern auch eine gute Leitfähigkeit bei relativ niedriger Temperatur, was breite Forschungsaussichten bietet.

Die Gruppe von Professor Pan Feng hat in letzter Zeit wichtige Fortschritte bei der Erforschung der Regulierung von Festelektrolyten und Grenzflächen erzielt. Anorganisch-organischer Verbundfestelektrolyt (CSE-B-71515) wurde hergestellt, indem anorganischer Festelektrolyt (Li.3Al 0.3Ti1.7 (PO4) 3), organisches Polyoxyethylen (PEO) und boriertes Polyethylenglykol (BPEG) in einem Verhältnis von gemischt wurden 7: 1,5: 1,5. Anorganische Festelektrolyte stellen Kanäle für Lithiumionen bereit und lassen zusammengesetzte Festelektrolyte eine hohe mechanische Festigkeit aufweisen. Organisches Makromolekül PEO leitet nicht nur Lithiumionen, sondern spielt auch eine Rolle bei der Bindung von Keramikpartikeln. Organisches BPEG mit kleinen Molekülen reduziert zuerst die Kristallinität von PEO und ändert dann den harten Kontakt zwischen der Fest-Fest-Grenzfläche in weich. Durch Kontakt kann sich Lithium ablagern und gleichmäßiger auf Lithiummetall freisetzen. Mit den obigen Eigenschaften kann der Elektrolyt die Bildung von Lithiumdendriten physikalisch und chemisch gut blockieren. Zusätzlich wurden lithiumeisenphosphat und Lithiummetall als positive und negative Elektroden für den zusammengesetzten Festelektrolyten bei 60 Grad Celsius verwendet. Die spezifische Kapazität von 158 mAhg-1 wurde bei einem Verhältnis von 0,1 ° C und 94 mAhg-1 bei einem Verhältnis von 2 ° C erhalten. Diese Studie hat einen wichtigen Leitwert für die Untersuchung von Festelektrolyten.

Die Studie wurde in der neuesten internationalen Zeitschrift Advanced Energy Materials veröffentlicht (Adv. Energy. Mat., 2017, 1701437, DOI: 10.1002 / aenm. 201701437, mit einem Impact Factor von 16,7). Die Arbeit wurde von Professor Pan Feng durchgeführt und von Postdoktorand Yang Luyi als Erstautor und Team mitverfasst. Diese Arbeit wird vom National Key Material Gene Project und dem Guangdong Innovation Team unterstützt.

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