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Adv. Energy Mater.清華南策文、沈洋團(tuán)隊(duì)在全固態(tài)鋰電池領(lǐng)域取得進(jìn)展
來(lái)源：清華大學(xué)新聞中心 2022-07-12
導(dǎo)讀：清華大學(xué)材料學(xué)院南策文院士、沈洋教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種可彎曲的、具備高鋰離子電導(dǎo)率的超薄復(fù)合固體電解質(zhì)膜，該膜由硫銀鍺礦硫化物L(fēng)i6PS5Cl和極性聚（偏氟乙烯-共三氟乙烯）P(VDF-TrFE)框架組成。相關(guān)成果以“Li6PS5Cl基電解質(zhì)的超長(zhǎng)循環(huán)全固態(tài)電池”（Super Long-Cycling All-Solid-State Battery with Thin Li6PS5Cl-Based Electrolyte）為題，近日在線發(fā)表在國(guó)際期刊《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）上，并作為當(dāng)期封面文章發(fā)表。
全固態(tài)鋰離子電池由于采用了固態(tài)電解質(zhì)替代傳統(tǒng)有機(jī)液態(tài)電解液，有望從根本上解決電池的安全性的同時(shí)，還能進(jìn)一步提升鋰電池的能量密度和循環(huán)壽命，符合未來(lái)高安全性高能量密度鋰離子電池發(fā)展的方向。而要實(shí)現(xiàn)全固態(tài)鋰離子電池的商業(yè)化關(guān)鍵就是要找到一種同時(shí)具有成本低，電導(dǎo)率高，化學(xué)穩(wěn)定性好，電壓窗口寬等優(yōu)點(diǎn)的固態(tài)鋰離子電解質(zhì)材料。在各種各樣的電解質(zhì)材料中，硫化物固態(tài)電解質(zhì)引起了廣泛的關(guān)注。盡管硫化物電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性已經(jīng)取得了很大進(jìn)展，但硫化物電解質(zhì)在全固態(tài)鋰電池中的應(yīng)用仍面臨諸多挑戰(zhàn)。制備具有較薄的厚度和高離子電導(dǎo)率的固體電解質(zhì)對(duì)開發(fā)性能優(yōu)良的全固態(tài)鋰電池至關(guān)重要。
本項(xiàng)工作作為《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）封面文章發(fā)表鑒于此，清華大學(xué)材料學(xué)院南策文院士、沈洋教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種可彎曲的、具備高鋰離子電導(dǎo)率的超薄復(fù)合固體電解質(zhì)膜，該膜由硫銀鍺礦硫化物L(fēng)i6PS5Cl和極性聚（偏氟乙烯-共三氟乙烯）P(VDF-TrFE)框架組成。Li6PS5Cl和極性P(VDF-TrFE)之間的相互作用確保了復(fù)合電解質(zhì)膜在室溫下的高鋰離子傳導(dǎo)率（≈1.2 mS cm-1）和良好的機(jī)械延展性。采用該薄型復(fù)合電解質(zhì)膜組裝的全固態(tài)電池顯示出優(yōu)異的循環(huán)性能，在室溫下1.0 mA cm-2的電流密度下，1000次循環(huán)后的容量保持率為92%，即使在20000次循環(huán)后也有71%。這是迄今為止報(bào)道中室溫下循環(huán)壽命最長(zhǎng)的全固態(tài)電池。此外，具有高承載量的軟包全固態(tài)電池的成功制備也證明了其在未來(lái)商業(yè)應(yīng)用中的潛力和可行性。這項(xiàng)工作會(huì)對(duì)制備薄而高性能的復(fù)合電解質(zhì)材料有所啟發(fā)，并為實(shí)現(xiàn)具有高性能的、可產(chǎn)業(yè)化的實(shí)用硫化物基全固態(tài)電池指引方向。
超薄復(fù)合固態(tài)電解質(zhì)膜的制備工藝及材料表征相關(guān)成果以“Li6PS5Cl基電解質(zhì)的超長(zhǎng)循環(huán)全固態(tài)電池”（Super Long-Cycling All-Solid-State Battery with Thin Li6PS5Cl-Based Electrolyte）為題，近日在線發(fā)表在國(guó)際期刊《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials）上，并作為當(dāng)期封面文章發(fā)表。材料學(xué)院2018級(jí)博士生劉思捷為論文第一作者，南策文院士、沈洋教授、李亮亮副研究員為通訊作者。其他重要貢獻(xiàn)者包括材料學(xué)院博士后周樂、材料學(xué)院2017級(jí)博士生韓健等。相關(guān)研究工作受國(guó)家自然科學(xué)基金委和科技部國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持。
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