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LiAlF4固体薄膜稳定电池循环

发布时间:2021-04-25人气:
本文摘要:科技的发展对电池的能量密度明确提出了较高的拒绝。锂离子电池在较宽电化学窗口下工作是一个提升能量密度的有效地方法。增大累计电压的容许,虽然电池可以获取更高的能量密度、比容量和电压输入,但是这不会对电池的热力学和动力学稳定性带给挑战。对于层状锂过渡性金属氧化物特别是在如此,当产生更加长的电化学窗口时,电池容量获得提高,但是稳定性受到影响。

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科技的发展对电池的能量密度明确提出了较高的拒绝。锂离子电池在较宽电化学窗口下工作是一个提升能量密度的有效地方法。增大累计电压的容许,虽然电池可以获取更高的能量密度、比容量和电压输入,但是这不会对电池的热力学和动力学稳定性带给挑战。对于层状锂过渡性金属氧化物特别是在如此,当产生更加长的电化学窗口时,电池容量获得提高,但是稳定性受到影响。

近日,崔屹研究团队通过原子层沉积法研发一种LiAlF4液体薄膜,这种薄膜具备离子传导性和热力学、动力学稳定性,以及极佳的电化学稳定性,解决了上述问题。图1.(a-c)具备有所不同ALD循环数的LiF,AlF3和LiAlF4膜的厚度密切相关。

(d-f)在硅晶片上原子沉积LiF,AlF3和LiAlF4膜的俯瞰SEM图像。映射图像是硅晶片上LiF,AlF3和LiAlF4膜的侧视图。作者将LiAlF4薄膜必要沉积在极片上,而不是在每个颗粒表面。

符合了在长电化学窗口下工作的拒绝。作者研究了在2.75-4.50V下,低Ni含量LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NMC-811)上沉积的涂层效果。

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在室温下,具备LiAlF4涂层的NMC-811电极在300次循环后保持低于140mAh/g的容量(多达300次循环波动24%,每循环0.08%)。对于完整的NMC-811,113次循环后容量上升到高于140mAh/g(在113个循环中波动29%,每个循环为0.26%)。由于高温下的循环稳定性劣是低Ni含量层状锂金属氧化物尤为显著的缺点。

因此,作者对样品展开了高温环境(50℃)的电化学测试。由于在50℃下涂层和NMC-811本身的锂离子传导性都会提升,所以以20c的倍率测试。完整NMC-811电极的容量在100个循环内较慢波动高于100mAh/g。

相比之下,具备ALDLiAlF4涂层的NMC-811电极在100个循环内表明出有出色的容量维持亲率。图2.(a)室温下完整和LiAlF4膜沉积的NMC-811电极的循环性能,电化学窗口为2.75-4.50V。(b,c)第1、10、25和50周期后,完整和LiAlF4膜沉积的NMC-811电极的EIS密切相关。

(d)第二和第50个循环的完整和LiAlF4膜沉积的NMC-811电极的电压与容量图。(e)在50℃下,用于2.75-4.50V的电化学窗口,完整和LiAlF4膜沉积的NMC-811电极的循环性能。作者用于原子层沉积法在锂离子电池负极上了一层LiAlF4界面层,通过计算出来指出,基于氟化物的界面层在长电化学窗口内是热力学平稳的。平稳的锂离子传导界面层提升了高Ni含量NMC-811电极的稳定性,而且没减少离子传遍速度。

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