中國(guó)粉體網(wǎng)訊 鋰離子電池在生活中的廣泛應(yīng)用大大提高了人們的生活品質(zhì)。但是由于采用了易燃的有機(jī)液體電解質(zhì)，傳統(tǒng)鋰離子電池存在安全風(fēng)險(xiǎn)，能量密度也受到了限制。使用固體電解質(zhì)替代有機(jī)液體電解質(zhì)發(fā)展全固態(tài)電池有望解決這些問(wèn)題，其中氧化物固體電解質(zhì)是一個(gè)重要的研究方向。
氧化物固體電解質(zhì)，包括鈣鈦礦型固體電解質(zhì)、鈉超離子（NASICON）型固體電解質(zhì)和石榴石型固體電解質(zhì)(Li7La3Zr2O12，LLZO)。其中，石榴石型固體電解質(zhì)鋰鑭鋯氧（LLZO）表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能和化學(xué)性能，在新能源設(shè)備開(kāi)發(fā)應(yīng)用中具有較大的發(fā)展前景，成為了近幾年的研究熱點(diǎn)。
近日，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所在LLZO復(fù)合固體電解質(zhì)離子遷移機(jī)制研究中取得進(jìn)展。該所動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室副研究員沈彩采用鋰鑭鋯氧（LLZO）無(wú)機(jī)固態(tài)顆粒和聚氧化乙烯（PEO）聚合物基體，制備出不同LLZO含量（0 wt.%、50 wt.%、75 wt.%）的LLZO-PEO復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)；采用峰值力導(dǎo)電原子力顯微鏡，研究了溫度和LLZO含量對(duì)該復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)中離子遷移的影響。
研究表明，當(dāng)溫度低于PEO的玻璃化溫度轉(zhuǎn)變點(diǎn)（Tg）時(shí)，PEO基體為鏈狀的結(jié)晶態(tài)，LLZO顆粒的加入使LLZO與PEO的界面處形成了PEO非晶區(qū)，從而降低了PEO的結(jié)晶度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。研究人員結(jié)合微區(qū)定量納米力學(xué)測(cè)量技術(shù)，發(fā)現(xiàn)隨溫度的升高，該電解質(zhì)的楊氏模量降低、粘附力升高。當(dāng)溫度低于玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg時(shí)，無(wú)論LLZO含量如何，鋰離子只能沿非晶態(tài)的PEO進(jìn)行遷移；溫度高于Tg時(shí)，當(dāng)加入少量LLZO顆粒時(shí)，鋰離子主要沿非晶區(qū)PEO進(jìn)行遷移，隨著LLZO含量（75 wt.%）的增加，LLZO顆粒在PEO基體中形成連續(xù)的離子導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，鋰離子可在高溫下通過(guò)LLZO顆粒進(jìn)行遷移。在制備的電解質(zhì)中，離子遷移電流高于電子電流三個(gè)數(shù)量級(jí)，占主導(dǎo)地位。其中，PEO區(qū)域的電子電流遠(yuǎn)大于LLZO顆粒，說(shuō)明LLZO顆粒的加入能夠提高復(fù)合電解質(zhì)的電子絕緣性能。由于LLZO具有較高的模量和優(yōu)異的絕緣性能，LLZO顆粒的加入有望抑制金屬鋰負(fù)極中鋰枝晶的生長(zhǎng)。
該研究在有機(jī)固體電解質(zhì)玻璃化轉(zhuǎn)變狀態(tài)下直觀地揭示了無(wú)機(jī)填料含量和工作溫度對(duì)復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)性能的影響，對(duì)鋰離子電池固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)具有重要的指導(dǎo)意義。
參考來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/山川）
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