由于液体有机电解质存在泄漏等安全问题,而全固态可充电锂电池不存在此问题,其重要性显着提高,用更安全、更可靠的无机固体电解质代替有机液体电解质会提高电池的安全性和耐久性。无机玻璃材料具有单阳离子传导的优势,副反应较少电化学窗口非常宽。它们属于所谓的解耦系统,其中离子传导弛豫的模式与结构弛豫的模式解耦。
本成果基于玻璃电解质的结晶产生微晶玻璃电解质,超离子导电晶体通过玻璃的结晶而沉淀,从前体玻璃中析出热力学稳定的结晶相降低了晶界电阻。在这种情况下,晶域之间的晶界被非晶相填充。通过大量的实验研究,我们获得了高锂离子电导率的 LiPON ,LiFePO4 ,Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 等玻璃和微晶玻璃固体电解质材料,制备的微晶玻璃固体电解质显示出超过 10-4 Scm-1 的室温离子电导率。
应用前景:
本成果所制备的玻璃和微晶玻璃固体电解质,结构非常致密无缺陷,实现了对锂离子传输通道的优化。目前微晶玻璃的室温离子电导率最高可达 7.13× 10-4 S/cm, 电导活化能为 0.24 eV,而且有非常好的空气稳定性和水稳定性。Li/GC/Li 对称电池的临界电流密度为 2.67 mA .cm-2。对称电池能够在 0.04 mA.cm-2 的电流密度下稳定循环 200 次,过电势仅为 0.02 V ,LiFePO4/GC/Li 全电池显示出 156 mAh g- 1 的初始容量。可制备成大块固体材料,可用于全固态锂离子电池的固体电解质等领域。玻璃及其微晶玻璃材料的制备工艺简单、工艺条件温和、原料成本低,可满足工业生产要求。
成熟度:实验室阶段