固体锂离子电池用电解质合成方案之六

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固体锂离子电池用电解质合成方案六玻璃态无机固体电解质在全固态锂及锂离子蓄电池中的应用玻璃态硫化物锂无机固体电解质存电导率、稳定性、电化学性能等方面都十分优越,在实际电池中的条件最为成熟,最有可能实现商业化生产。以95[0.6Li2S—0.4SiS2]—5Li3BO3为固体电解质组装了In/LiCoO2电池,虽然首次不可逆容量较大,库仑效率大约在64%~80%,然而,在电流密度大于1000uA/cm的情况下电池仍有极好的充放电平台,经100次循环放电比容量保持存60mAh/g,充放电效率几乎为100%。使用两种无机因体电解质组装了LiCoO2/Li2S—SiS2一Li3PO4/Li2S—P2S5一LiI/C全固态电池,从第二次循环开始充放电曲线在3.7v附近即显示出平稳的电压平台,然而石墨和LiCoO2在其中仅分别表现出264mAh/g和96mAh/g的放电比容量,表明电橄活性物质并来被充分利用一另外,LiCoO2Li2S—P2S5一GeS2/Li2S—P2S5一LiI/C电池的比能量(160Wh/kg)和高倍率充放电性能(电流密度可达1.4mA/cm2)可与商业化的锂离子蓄电池相比。有人组装实验电池In/Li22S—P2S5玻璃一陶瓷/LiCoO2,在最优充放电条件下电池的不可逆容量在第2次循环后急剧减小,经200次循环后电池仍保持100mAh/g的放电容量,充放电效率几乎为100%,电池性能优于以95[0.6Li2S一0.4SiS2—5Li3SiO4玻璃为电解质的固态In/LiCoO2电池。In—Li/Li2S—P2S5玻璃.陶瓷/石墨电池的首次充放电比容量分别为337mAh/g和251mAh/g,第二次循环的库仑效率达到96%,并且存接下来的循环中容量基本保持不变,说明在锂的脱嵌过程中无其它副反应发生。从以上两种电池的循环性能可以看出,Li2S—P2S5玻璃一陶瓷与LiCoO2正极和石墨负极的相容性都很好,从而实现了以这两种材料为正负极的单一电解质全固态锂离子蓄电池,即C/Li2S—P2S5玻璃-陶瓷/LiCoO2电池,该电池的首次库仑效率比较低,但循环4次后电池的库仑效率几乎为100%,容量从最初的100mAh/g逐渐降到第10次循环的80mAh/g,并在以后的循环中几乎保持恒定大约(70mAh/g)。组装全固态锂二次电池Li/Li2S—P2S5玻璃-陶瓷/P2S5—SnS,在64mAh/cm的电流密度下其首次放电比容量达590mAh/g,是如今商业化锂离子蓄电池放电比容量的1.5倍,循环5O次后电池的可逆放电容量仍然保持在400mAh/g以上。总体来看,提高玻璃态锂无机固体电解质的电导率、热稳定性、化学与电化学稳定性的途径有以下三种:第一种是在传统的玻璃体系中添加锂盐(如LiI,Li2SO4等);第二种是使用混合网络形成氧化物或硫化物;第三种是形成所谓的玻璃一陶瓷电解质锂玻璃电解质用于全固态锂及锂离子蓄电池时,除电池的首次不可逆容量损失较高外,其它综合性能均十分优越,不但在随后循环过程中库仑效率接近100%,并且具有优良的的循环性能,还可以排除电池的短路、漏液及其安全隐患,适合于高温环境下操作(可达200℃),从这些方面看,基于玻璃态锂无机固体电解质的全固态锂离子蓄电池更有发展前景。

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