Промышленное производство
Промышленный Интернет вещей | Промышленные материалы | Техническое обслуживание и ремонт оборудования | Промышленное программирование |
home  MfgRobots >> Промышленное производство >  >> Industrial materials >> Наноматериалы

Повышение проводимости твердого полимерного электролита путем реформинга зерна

Аннотация

Считается, что твердый полимерный электролит (ТПЭ) на основе полиэтиленоксида (ПЭО) имеет большие перспективы применения в полностью твердотельных литий-ионных батареях. Однако применению СПЭ на основе ПЭО препятствует относительно низкая ионная проводимость, которая сильно зависит от его кристалличности и плотности границ зерен. В данной работе впервые применяется простой и эффективный метод прессовой прокатки для снижения кристалличности ТФЭ на основе ПЭО. С помощью свернутого SPE на основе PEO, LiFePO 4 / SPE / Li твердотельный литий-ионный аккумулятор обеспечивает превосходную удельную емкость перезаряжаемой батареи 162,6 мАч изб −1 с разрядно-зарядным промежутком 60 мВ при плотности тока 0,2 C с гораздо меньшей скоростью спада емкости. Улучшение электрохимических свойств можно отнести к способу прессовой прокатки, что приводит к удвоению проводимости и снижению энергии активации по сравнению с электролитом, полученным традиционным методом литья. Настоящая работа обеспечивает эффективный и простой в использовании метод реформинга зерна для SPE, достойный применения в будущем.

Введение

Благодаря высокой плотности энергии и отличным характеристикам безопасности твердотельные литий-ионные батареи широко рассматриваются как многообещающие системы для перезаряжаемых электрохимических аккумуляторов энергии [1,2,3,4]. Для достижения высокой производительности полностью твердотельного литий-ионного аккумулятора твердотельные электролиты должны иметь удовлетворительную высокую ионную проводимость, хорошую механическую / электрохимическую стабильность и адекватную границу раздела электрод-электролит [2,3,4].

Твердый полимерный электролит (ТПЭ) на основе полиэтиленоксида (ПЭО) имеет большие перспективы применения благодаря хорошей гибкости, хорошей совместимости с металлическим литием, простоте процесса и низкой стоимости [5]. Помимо твердотельных литий-ионных аккумуляторов, SPE на основе PEO также имеет широкую перспективу применения во многих областях, таких как Mg-ионные аккумуляторы и Li-S аккумуляторы [6,7,8]. Однако низкая проводимость сильно препятствовала применению ТФЭ на основе ПЭО:электролиты ПЭО демонстрируют проводимость в диапазоне от 10 -8 до 10 −6 См см −1 при комнатной температуре, а низкая проводимость увеличит внутреннюю поляризацию батареи, снизит разрядно-зарядную емкость и энергоэффективность [9,10,11,12]. В СПЭ на основе ПЭО ион лития образует координационную связь с кислородом в ПЭО и мигрирует посредством непрерывной координации и диссоциации с атомами кислорода. Следовательно, подвижность литий-иона в основном зависит от движения сегментов полимерной цепи на границе зерен и в области аморфной фазы, а ионная проводимость через границу зерен и область аморфной фазы намного выше, чем через кристаллические ламели [10]. .

Для уменьшения кристалличности PEO и улучшения проводимости SPE были разработаны и применены различные подходы, такие как заполнение и прививка. Наполнители наноразмеров широко используются в ТФЭ на основе ПЭО, в том числе наноразмерный Al 2 О 3 , TiO 2 , SiO 2 , Ли 0,3 3La 0,557 TiO 3 , и Ли 6.4 Ла 3 Zr 1,4 Ta 0,6 О 12 [12,13,14,15,16,17]. Эти наноразмерные наполнители могут ингибировать кристаллизацию ПЭО и способствовать образованию границ зерен и аморфных областей. Кроме того, некоторые наполнители с высокой ионной проводимостью также могут обеспечивать дополнительный путь переноса ионов для транспорта литий-ионных ионов [13,14,15]. Прививка также снижает кристалличность ТФЭ на основе ПЭО. Например, ПЭО был привит на основу из поли (гидроксилстирола), а также на блок-сополимеры с полистиролом. Полученный макромолекуляр значительно подавляет склонность цепей PEO к образованию сложных кристаллов и, таким образом, улучшает ионную проводимость SEP [18].

Прессовая прокатка - это обычный метод риформинга для обработки металлов [19,20,21]. Путем приложения внешней силы к поверхности металла прессовая прокатка может дробить и измельчать зерна, а также увеличивать долю границ зерен и твердость металла [22, 23]. Благодаря простоте процесса, низкой стоимости, высокой эффективности и очевидному эффекту измельчения зерна, метод прокатки под давлением широко используется для изготовления больших объемных образцов листов или листов. Поскольку прессовая прокатка может разрушать зерна и увеличивать границы зерен и аморфную фазу, он может быть применен к SPE на основе PEO для снижения кристалличности электролитов и повышения проводимости. В этой работе мы сообщаем о простом и легком способе прокатки под давлением для приготовления твердотельного электролита на основе ПЭО с высокой ионной проводимостью для твердотельных литий-ионных аккумуляторов. Этот новый метод имеет следующие особенности:(i) после прокатки сферолиты полимерного электролита дробятся и реформируются, что приводит к снижению кристалличности и двукратному увеличению проводимости, и (ii) с низкой кристалличностью, СПЭ на основе ПЭО. может обеспечить больший транспортный путь для литий-иона к равновесному распределению тока на поверхности лития, чтобы предотвратить рост дендритов. Кроме того, предлагаемый в данной работе метод пресс-прокатки для формирования СПЭ на основе ПЭО очень прост.

Метод и характеристика

Приготовление твердого полимерного электролита

Химикаты аналитической чистоты полиэтиленоксид (PEO, Mw =600000), наноразмерный оксид алюминия (Al 2 О 3 , d ≤ 20 нм), литиевую соль бис (трифторметан) сульфонимида (LiTFSI) и ацетонитрил приобретаются в компании Aladdin, Китай, и используются в полученном виде.

Исходный твердый полимерный электролит был приготовлен простым методом литья:ПЭО, Al 2 О 3, и LiTFSI были смешаны с ацетонитрилом в течение 24 часов с молекулярным соотношением EO / Li 16/1 и PEO / Al 2 О 3 массовое соотношение 90/10, затем полученную белую суспензию отлили в форму из политетрафторэтилена и высушили в сухом N 2 поток при комнатной температуре в течение 24 ч. Полученный прозрачный электролит называется PAL-C, а затем переносится в сушилку для консервации. Чтобы приготовить электролит PAL-R, предварительно приготовленный твердый полимерный электролит PAL-C был подвергнут холодной прокатке на валковом прессе при линейной нагрузке 150 Н · мм -1 . . Чтобы исключить влияние толщины электролита на производительность, толщина каждого электролита контролировалась на уровне ~ 135 мкм.

Подготовка электрода

Положительный электрод был приготовлен обычным методом ракельного ножа с LiFePO 4 (LFP, BTR New Energy Material Ltd., Китай), Ацетиленовая сажа (AB), PEO и массовое соотношение LiTFSI 7:1:1,4:0,6. PEO и LiTFSI сначала полностью растворяли в ацетонитриле, а затем к полученному прозрачному раствору добавляли LFP и AB. Однородная суспензия была получена после перемешивания смеси на магнитной подушке в течение 24 часов, а затем нанесена на алюминиевую фольгу с помощью обычного метода ракельного ножа. Затем электрод сушили при 80 ° C в течение 12 ч и окончательно разрезали на круглые диски диаметром 12 мм. Массовая нагрузка активного материала свежеприготовленного LFP-электрода контролируется на уровне ~ 1,5 мг / см -2 . .

Характеристики электролита

Морфология зерен электролитов PAL-C и PAL-R была получена с помощью сканирующей электронной микроскопии (SEM, JEOL-7500F). Кристалличность анализировали с помощью системы дифракции рентгеновских лучей (XRD, модель PW1825) с использованием источника Cu-Kα, работающего при 40 кэВ. Измерения дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) были протестированы на TA Instrument (Q5000IR) со скоростью нагрева 5 ° C мин-1 от -70 до 10 ° C в атмосфере N 2 Атмосфера. Отношение напряжения к деформации оценивалось по кривым "напряжение-деформация", а предел прочности на растяжение принимался на машине для испытаний на растяжение (CMT6104, Китай) как значение напряжения в максимуме кривых.

Электрохимические характеристики твердого полимерного электролита на основе ПЭО

Из полученного полимерного твердого электролита нарезали диск диаметром 16,5 мм для испытания электрохимических характеристик. Ионную проводимость твердых полимерных электролитов измеряли в ячейках CR2032, помещая твердый электролит между двумя листами из полированной нержавеющей стали (SS) ( d =14,0 мм). Ионную проводимость получали на ячейке SS / SPE / SS методом спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) на электрохимической станции CHI660E с диапазоном частот от 1 до 100 мГц при температуре от 25 до 65 ° C. Ингибирующее действие ТФЭ на основе ПЭО на рост дендритов лития было проведено в ячейке симметрии Li / SPE / Li на испытательной системе Neware (Neware, Китай) при плотностях разрядно-зарядного тока 0,1, 0,2 и 0,3 мА · см −2 при 60 ° С соответственно. Число переноса литий-ионных ионов ( t Ли + ) различных электролитов была оценена путем комбинированного измерения импеданса переменного тока и поляризации постоянного тока с использованием метода, описанного Evans et al. [21]. Поляризационные токи для симметричной ячейки Li / SPE / Li (включая начальную ( I о ) и установившемся ( I s ) значения тока) при малом потенциале поляризации (ΔV) при 10 мВ. Между тем, начальные и установившиеся значения межфазных сопротивлений Li / электролит ( R 0 и R s ) были исследованы с помощью измерений импеданса до и после поляризации постоянного тока. t Ли + был рассчитан по уравнению Брюса-Винсента-Эванса:

$$ {t} _ {{\ mathrm {Li}} ^ {+}} =\ frac {I _ {\ mathrm {s}} \ left (\ Delta \ mathrm {V} - {I} _0 {R} _0 \ right)} {I_0 \ left (\ Delta \ mathrm {V} - {I} _ {\ mathrm {s}} {R} _ {\ mathrm {s}} \ right)} $$ (1)

Характеристики батареи с твердыми полимерными электролитами были протестированы в твердотельной литий-ионной батарее с предварительно подготовленным катодом LFP, SPE на основе PEO и металлическим литиевым анодом. Батареи были собраны в перчаточном боксе, заполненном аргоном (DELLIX, Китай, вода и кислород ≤ 0,1 ppm) без какого-либо другого жидкого электролита. Испытания гальваностатического разряда-заряда проводились на системе циклирования аккумуляторной батареи при плотности тока 0,1 C . (1 C =170 мА изб. −1 ) с диапазоном напряжения от 2,0 до 3,75 В. Перед процессом заряда-разряда сопротивления переносу заряда измеряли с помощью спектров электрохимического импеданса (EIS), работавших в диапазоне частот от 100 кГц до 0,1 Гц и амплитуде переменного напряжения 5 мВ. Скорость и производительность цикла были получены от 0,1 C до 1 C и 0,5 C , соответственно. Все упомянутые выше тесты производительности батарей проводились при 60 ° C на тестовой системе Neware (Neware, Китай).

Результаты и обсуждение

СЭМ-изображения полученных электролитов напрямую показывают размер зерен и распределение по границам зерен в свежеприготовленном электролите (PAL-C) и прокатанном электролите (PAL-R) электролита. Электролит PAL-C имеет компактную поликристаллическую структуру сферолита с диаметром сферолита 50 мкм (рис. 1a и S1a). Для ТФЭ на основе ПЭО предполагается, что ионы лития в основном переносятся через границы зерен и аморфную фазу. Следовательно, крупнозернистый ТФЭ PAL-C, полученный литьем, неблагоприятен для транспорта литий-ионных ионов и ограничивает проводимость электролитов. Прокатная обработка может разрушить зерна электролита, что может значительно снизить кристалличность и увеличить путь транспорта ионов лития. После прессовой прокатки большой сферолит исчез, и электролит показал относительно однородную структуру для PAL-R (рис. 1b и S1b). Считается, что эта однородная однородная структура имеет очевидные преимущества в улучшении проводимости СПС.

Характеристика материалов различных SPES: a , b СЭМ-изображения зерна PEO в SPE до ( a ) и после ( b ) прессовая прокатка; c Картины XRD для различных SPE (вставка:увеличенные пики XRD при 19,0 °); г Профили DSC; е ионная проводимость; и е Кривые напряжения-деформации для SPE PAL-C и PAL-R

Для дальнейшего анализа изменения кристалличности до и после прокатки был проведен XRD-тест, результаты которого показаны на рис. 1c. Пики дифракции электролита PAL-C при 19,0 ° и 23,2 ° резкие и интенсивные, что указывает на его высококристаллический характер [22, 23]. Для сравнения, дифракционная картина PAL-R показывает несколько широких и слабых пиков, предполагая, что кристалличность PAL-R значительно снизилась после прокатки под давлением. Кроме того, основные пики XRD ПЭО при 19,0 ° также характеризуются значительными изменениями полной ширины на полувысоте (0,216 для PAL-C и 0,323 для PAL-R), что означает увеличение аморфной фазы в электролите. Считается, что снижение кристалличности оказывает значительное влияние на улучшение проводимости.

Профили ДСК электролитов PAL-C и PAL-R были протестированы и показаны на рис. 1d, который показывает температуру стеклования ( T g ) различия между двумя электролитами. Результаты показывают, что T g PAL-R составляет -49,17 ° C, что ниже, чем у PAL-C (-46,78 ° C). Этот результат показывает, что в электролите PAL-R движение полимерных сегментов может происходить при более низкой температуре, что приводит к более высокой ионной проводимости, чем в электролите PAL-C.

Ионная проводимость σ PAL-C и PAL-R SPE рассчитывается по следующему уравнению:

$$ \ sigma =L / RS $$ (2)

где S , L , и R представляют геометрическую площадь блокирующих электродов из нержавеющей стали, толщину электролитов и объемное сопротивление образца, полученные из графиков импеданса, соответственно. Спектры импеданса твердых полимерных электролитов PAL-C и PAL-R при различных температурах испытаны и показаны на рис. S2. На рис. 1в показана температурная зависимость рассчитанной ионной проводимости электролитов PAL-C и PAL-R. Свежеприготовленный электролит PAL-R достигает ионной проводимости 7,58 × 10 −5 . См см −1 при 25 ° C и 1,03 × 10 −3 См см −1 при 60 ° C, что в два раза выше, чем у электролита PAL-C (3,58 × 10 −5 См см −1 при 25 ° C и 7,43 × 10 −4 См см −1 при 60 ° C) и лучше, чем у ТФЭ на основе ПЭО, полученного другими методами [14, 24, 25]. Повышение литий-ионной проводимости объясняется снижением кристалличности ТФЭ на основе ПЭО после процесса прессовой прокатки и, как ожидается, приведет к хорошим характеристикам аккумулятора. Связь между log σ и 1000 / T SPE PAL-C и PAL-R показывает, что температурная зависимость проводимости соответствует эмпирическому уравнению Фогеля-Таммана-Фулчера (VTF) [10, 16, 26, 27]:

$$ \ sigma ={\ sigma} _0 {T} ^ {- 1/2} \ exp \ left (- {E} _a / RT \ right) $$ (3)

где σ , E а , σ 0 , Т , и R представляют собой ионную проводимость, энергию активации, предэкспоненциальный фактор, температурный фактор и постоянную идеального газа, соответственно. E а PAL-C и PAL-R рассчитывалась с использованием уравнения VTF (рис. 1e), и результаты показывают подгоночное значение E а для PAL-R составляет 5,0 × 10 −2 эВ, что намного меньше, чем для PAL-C (5,8 × 10 −2 эВ). Нижний E а демонстрирует, что движение литий-ионных ионов в электролите PAL-R требует меньше энергии, чем в электролитах PAL-C, что указывает на более высокую проводимость.

Механические свойства SPE напрямую связаны с его барьерным действием для дендрита лития. На рис. 1е показаны результаты испытаний на растяжение SPE PAL-C и PAL-R. Пластичность PAL-R SPE достигает 1990%, что намного выше, чем у PAL-C SPE (1470%). Эта усиленная пластичность PAL-R SPE значительно улучшит устойчивость к проникновению дендритов и предотвратит короткое замыкание в батареях. Электрохимические окна двух различных твердых полимерных электролитов были протестированы методом линейной вольтамперометрии, и результаты показаны на рисунке S2. Напряжения разложения обоих электролитов, как было испытано, составили 5,8 В, что позволяет предположить, что стабильность твердого полимерного электролита не изменилась после прокатки под прессом. Реальные плотности двух электролитов получены с использованием метода дренажа Архимеда с керосином в качестве среды, а плотности PAL-C и PAL-R рассчитаны и составляют 1,38 ± 0,02 г см −3 . Результаты показывают, что достигнутая разница в проводимости этих двух электролитов связана с разницей границ зерен, а не с изменением плотности.

Ингибирующее действие двух SPE на рост дендритов лития проверено с помощью симметричной ячейки Li / SPE / Li. Перед началом испытания проводится спектроскопия электрохимического импеданса (EIS) для анализа свойств интерфейса Li-SPE различных ячеек, результаты показаны на рис. 2a. Графики EIS оснащены простым режимом, который состоит из омического сопротивления ( R Ω ), сопротивление интерфейса ( R f ), сопротивление переносу заряда ( R ct ), элементы постоянной фазы (CPE1 и 2) и диффузионное сопротивление Варбурга (Wo) [28, 29]. Смоделированные результаты R Ω , R f , и R ct в батарее с электролитом PAL-R рассчитаны соответственно 19,12, 5,72 и 17,65 Ом, что меньше, чем у аккумуляторов с электролитом PLA-C (21,83, 5,99 и 21,77 Ом). Пониженное сопротивление раствора ( R Ω ) и межфазное сопротивление ( R f ) можно объяснить двумя причинами:(i) после прокатного пресса в электролите PAL-R создается больше границ зерен, что приводит к более высокой проводимости и более низкому сопротивлению раствора. (ii) Относительно гладкая поверхность электролита и увеличенные границы зерен полезны для улучшения поверхностного контакта между электролитом и металлическим литием, что приводит к более низкому сопротивлению раствора и межфазному сопротивлению. Уменьшение сопротивления раствора и улучшенное межфазное соединение обеспечивают больше путей переноса литий-ионных ионов и поверхностей взаимодействия для электрохимической реакции, что в конечном итоге приводит к снижению сопротивления переносу заряда ( R ct ). После первоначального теста EIS к симметричным элементам Li / SPE / Li было приложено постоянное напряжение 10 мВ для исследования числа переноса ионов лития в различных SPE [30, 31]. На основе зависимости тока от времени (рис. 2b), импеданса до и после поляризации (рис. 2a и S3), число переноса литий-ионных ионов для PAL-R SPE рассчитано равным 0,24, что выше, чем значение PAL-C SPE (0,16). Это улучшение может быть связано с уменьшением фазы кристалличности, которая высвобождает больше ионов лития для переноса ионов. После испытания EIS симметричные элементы Li / PAL-C / Li и Li / PAL-R / Li заряжались и разряжались при 60 ° C в течение 30 минут при плотностях тока 0,1, 0,2 и 0,3 мА см - 2 соответственно (рис. 2в). Из этого результата мы можем найти, что напряжение элемента Li / PAL-R / Li может быть стабилизировано на уровне 33 мВ и 67 мВ при плотностях тока 0,1 и 0,2 мА см −2 соответственно, которые намного меньше, чем у Li / PAL-C / Li (56 и 126 мВ). Для более высокой плотности тока (0,3 мА см −2 ), PAL-R SEP может стабильно работать в течение 200 циклов, но проникновение дендритов происходит только после нескольких циклов PAL-C SPE при той же плотности тока. Морфология поверхности литиевого электрода с различными СПЭ после 200 циклов при 0,2 мА см −2 были протестированы и показаны на рис. 2в, г. Существуют массивные неправильные литиевые дендриты с PAL-C SPE, но можно найти относительно гладкую поверхность лития с PAL-R SPE. Этот результат можно объяснить высокой ионной проводимостью и однородным путем транспортировки ионов PAL-R SPE, что приведет к равномерному осаждению лития, чтобы избежать внутреннего короткого замыкания, вызванного ростом дендритов лития.

а Графики EIS (вставка:модель эквивалентной схемы). б Кривая поляризации постоянного тока и c циклическая характеристика симметричных ячеек Li / SPE / Li с различными SPE. г и е Морфология металлического Li после 200 циклов в симметричной ячейке Li / SPE / Li с PAL-C и PAL-R SPE, соответственно

Гальваностатические характеристики заряда-разряда твердотельных литий-ионных аккумуляторов, содержащих LiFePO 4 (LFP) катод, Li-анод с различными SPE испытаны, и результаты показаны на рис. 3. Перед гальваностатическим зарядно-разрядным испытанием импеданс каждой батареи был протестирован и снабжен моделью эквивалентной схемы (вставка на рис. 3a). . В этой модели R Ω соответствует омическому сопротивлению; R ct представляет сопротивление переносу заряда для электрохимических реакций; CPE - это элемент постоянного фазового угла, связанный с емкостью двойного слоя пористого катода, и Z w - вклад Варбурга конечной длины. Обнаружено, что R Ω уменьшается с 17,1 до 14,4 Ом и R ct уменьшается с 47,5 до 33,1 Ом для батареи с PAL-C и PAL-R SPE, соответственно, как показано на рис. 3a. Уменьшенный R Ω и R ct можно отнести к более низкой кристалличности PAL-R SPE, которая может обеспечивать большее количество путей транспортировки литий-ионных ионов для повышения проводимости электролита и одновременного облегчения окислительно-восстановительной реакции в электроде LFP. На рис. 3b показаны зарядно-разрядные емкости твердотельных литий-ионных аккумуляторов с различными СПЭ при 60 ° C и плотности тока 0,2 C . . Аккумулятор с электролитом PAL-R обеспечивает разрядную емкость 162,6 мАч г −1 . с разрядно-зарядным промежутком 60 мВ, а аккумулятор с электролитом PAL-C обеспечивает разрядную емкость 156,7 мАч г −1 с разрядно-зарядным промежутком 82 мВ. Повышенная разрядная емкость и уменьшенный промежуток между напряжениями могут быть объяснены более высокой проводимостью и более низким сопротивлением электролита PAL-R по сравнению с электролитом PAL-C. Эксплуатационные характеристики твердотельных литий-ионных аккумуляторов с различным SPE измерялись при плотности тока 0,1 C . , 0,2 C , 0,5 C , 1 C , и 0,2 C (Рис. 3c, d и S4) соответственно. Результаты показывают, что аккумулятор с PAL-R может обеспечивать емкость 164,3, 162,6, 161,8, 157,8 и 161,2 мАч g −1 . , соответственно. Эти характеристики намного лучше, чем у аккумулятора с электролитом PAL-C, который обеспечивает только емкость 161,5, 156,7, 148,7, 142,1 и 151,8 мАч г −1 , соответственно. Этот результат показал, что электролит PAL-R может обеспечить высокую скорость работы из-за более высокой проводимости.

а Графики EIS и результаты моделирования для батарей LFP / SPE / Li с различными SPE (вставка:модель эквивалентной схемы), b характеристики разряда-заряда LFP / SPE / Li-аккумуляторов с различными SPE при 0,2 C , c кривые разряд-заряд батареи LFP / SPE / Li с PAL-R SPE при различных плотностях тока, d оценить производительность; и е длительный цикл работы LFP / SPE / Li-аккумуляторов с различными SPE

Циклические характеристики батареи с различными SPE были протестированы при плотности тока 0,5 C . (Рис. 3e). Разрядная емкость элемента LFP / PAL-C / Li составляет 117,1 мАч г −1 . после 300 циклов со скоростью падения емкости 0,071% за цикл. Для сравнения, элемент LFP / PAL-R / Li поддерживает разрядную емкость 136,8 мАч г −1 . со скоростью падения производительности 0,048% за цикл при тех же условиях. В существующей полностью твердотельной литий-ионной батарее LFP / PEO-SPE / Li снижение емкости в основном происходит из-за двух аспектов:(i) непрерывное образование и рост литиевых дендритов на аноде, ослабление контакта между Li-электродом и электролитом. , что приводит к увеличению сопротивления анода. (ii) Хотя ПЭО имеет хорошую стабильность, он все же разлагается в диапазоне напряжений заряда-разряда [14, 29]. Накопленные продукты разложения будут постепенно увеличивать реакционное сопротивление катодного электрода. В твердотельных батареях с электролитом PAL-R увеличение анодного сопротивления сдерживается из-за хороших характеристик ингибирования дендритов. Однако непрерывная реакция разложения в катодном электроде вызывает увеличение сопротивления батареи и постепенно становится основной причиной снижения емкости батареи после 100 циклов. Напротив, полностью твердотельная батарея с электролитом PAL-C подвержена влиянию как увеличивающегося анодного, так и катодного сопротивления, что приводит к постоянному снижению емкости в течение 300 циклов. Результаты показывают, что обработка прокаткой может улучшить электрохимические характеристики электролита, и для будущего применения необходимо разработать более стабильный твердотельный электролит.

Заключение

В этой работе мы применили простую технологию пресс-прокатки для улучшения характеристик ТФЭ на основе ПЭО для твердотельных литий-ионных аккумуляторов. Прокатный ТФЭ на основе ПЭО демонстрирует пониженную кристалличность и повышенную аморфную фазу, что, как ожидается, будет способствовать транспортировке литий-ионных ионов. После обработки ТФЭ на основе ПЭО обеспечивает удвоенную проводимость при комнатной температуре и снижает энергию активации. Экспериментально показано, что LiFePO 4 / SPE / Полностью твердотельный литий-ионный аккумулятор с свернутым SPE на основе PEO демонстрирует удельную емкость перезаряжаемой батареи 162,6 мАч г −1 с разрядно-зарядным промежутком 60 мВ при плотности тока 0,2 C , что намного лучше, чем у литого ТФЭ на основе ПЭО (156,7 мАч г −1 и 82 мВ). Кроме того, скорость снижения емкости была снижена до 0,0048% за цикл после 300 циклов при 0,5 C . . Все результаты показывают, что технология риформинга зерна является многообещающей технологией для повышения производительности SPE на основе ПЭО.

Доступность данных и материалов

Все данные, полученные или проанализированные в ходе этого исследования, включены в эту опубликованную статью и файлы с дополнительной информацией к ней.

Сокращения

PEO:

Полиэтиленоксид

LFP:

LiFePO 4

SPE:

Твердый полимерный электролит

AB:

Ацетиленовый черный

LiTFSI:

Бис (трифторметан) сульфонимид литиевая соль

SEM:

Сканирующая электронная микроскопия

XRD:

Рентгеновская дифракция

DSC:

Дифференциальная сканирующая калориметрия

EIS:

Электрохимическая импедансная спектроскопия

SS:

Нержавеющая сталь


Наноматериалы

  1. Полимерная 3D-печать:шесть инновационных примеров технологии в действии
  2. Роль вложенности в полимерной 3D-печати
  3. Эволюция технологии 3D-печати HP:от полимера к металлу AM
  4. Блог:лучшие производители расходных материалов для полимеров в Китае
  5. Блог:понимание процесса изготовления PDMS
  6. Повышение качества обслуживания клиентов:помимо баллов по опросу
  7. Повышение уровня обслуживания клиентов на полке
  8. Термопласт против термореактивного пластика:в чем разница?
  9. Улучшение обрабатываемости алюминия
  10. Роль технологии искусственного интеллекта в улучшении сектора возобновляемых источников энергии