固態鋰電池正極與電解質介面的相容性問題

傳統的液態鋰電池雖然相比其他類型的蓄電池來說更先進,有更高的性價比,但是其在大電流下工作負極表面很容易生長鋰枝晶,從而刺破隔膜導致電池短路破壞;另外電解液為有機液體,在高溫下會加劇發生副反應、氧化分解、產生氣體、發生燃燒的傾向,因此固態鋰電池才得以出現。固態鋰電池基於固體電解質,才得以被公眾認為可以克服傳統液態鋰電池的不足。

相比于傳統液態鋰離子電池,固態鋰電池的能量密度更大、安全可靠性更高、工作溫度更寬及迴圈壽命更長等優點。固體電解質是固態鋰電池與液態鋰電池的最大區別,也是固態鋰電池的研究核心。

鋰電池圖片

固態鋰電池雖然比液態鋰電池擁有更多的優勢,但也存在較大的不足,即正極與電解質介面的相容性問題。

固體電解質中的晶界,不但會阻礙鋰離子的運動,而且晶界電阻遠高於材料本體電阻,這樣也就會顯著影響對固體電解質總電導率。

固體電解質的使用,使電極與電解質之間的介面從固/液介面轉變為固/固介面,由於固體電解質無潤濕性,所以使正極與電解質的接觸性變差,接觸電阻更高。在迴圈過程中,正極材料中的過渡金屬元素很容易析出,降低電池迴圈穩定性。

另外,正極在充放電過程中由於體積變化而將導致介面應力增加,電極局部畸變,使電荷轉移電阻增加。

因此,抑制元素互擴散以及緩解電極體積效應,是降低介面電阻,提高固態鋰電池迴圈性能和倍率性能的關鍵。

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