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阿肯色大学开发新型含锂聚合物材料 提高锂金属负极性能

盖世汽车 Elisha 2021-12-09 09:44:26

盖世汽车讯 据外媒报道,阿肯色大学(At the University of Arkansas)的研究人员开发了一种创新含锂交联聚合物材料。这种新材料名为LiGL(GL=丙三醇),有助于解决商用锂金属负极存在的两个问题。

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(图片来源:techxplore)

这种LiGL聚合物薄膜性能优异,能够有效保护锂金属负极免受形成SEI和枝晶生长的影响,使锂电极长期保持稳定的循环性能。

目前已有一系列技术方法可以缓解锂负极所面临的问题,如三维锂载体框架、固态电解质、电解质添加剂和表面涂层。阿肯色大学的教授Xiangbo Meng表示:“在这些方法中,表面涂层仍是一种简便有效的途径。作为最近出现的新研究方向,通过分子层沉积(MLD)精确合成的聚合物薄膜,比无机薄膜具有更好的柔韧性,有助于提供更好的保护效果,改良锂金属负极的性能。”

该研究团队提出了三种锂酮(lithicones)的MLD工艺,并研究此类聚合物薄膜涂层的保护作用。研究人员尝试,通过减少形成SEI和锂电极上的锂枝晶,提供长期稳定的循环性。在这项工作中,研究人员首次开发了一种新型的含锂交联聚合物材料,这种锂酮(lithicone)对锂金属负极能起到优异的保护效果。研究人员发现,LiGL锂酮可以作为一种特殊的聚合物保护膜,覆盖在锂金属负极上。

研究人员认为,这种LiGL MLD表现出~2.7 nm/cycle的平均生长速度(growth per cycle,GPC),并对Li电极表现出显著的保护作用,即有效抑制锂枝晶,并防止形成SEI。计算模拟和实验表明,MLD LiGL薄膜具有离子导电性和电绝缘性。实验数据表明,涂覆LiGL锂酮的锂电极具有优异的循环稳定性。在电流密度为5 mA/cm2,面积容量为 1 mAh/cm2的条件下,Li/Li对称电芯中的锂剥离或电镀循环次数可达到13600次以上,同时不出现故障。

目前,更新结果显示,无故障循环能力已增长至20000多次锂剥离/电镀循环(超过1万小时或一年以上)。据了解,这是迄今报道过的最好的循环性能。因此,MLD LiGL技术为解决锂负极问题铺设了技术途径。

LiGL涂层的机械性能和导电性,是其对锂金属电极起到良好保护作用的基础。这种新型LiGL为锂负极存在的问题提供了简便而有效的解决方案,并有望为开发锂金属电池铺设一条技术上可行的道路。