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北航楊樹斌教授等JACS：高性能全固態(tài)鋰金屬電池！
來源： 時間：2023-10-23 16:12:05 瀏覽：1853次

第一作者：Qi Zhao和Zhenjiang Cao

通訊作者：楊樹斌教授、杜志國副教授

通訊單位：北京航空航天大學

DOI: 10.1021/jacs.3c04279



研究背景



具有高能量密度和高安全性的全固態(tài)鋰金屬電池（ASSLMBs）已經成為一種新型的儲能設備，但由于固態(tài)電解質（SSEs）普遍表現(xiàn)出緩慢的鋰離子傳輸和低的機械強度等性質，目前ASSLMBs的商業(yè)化進程還困難重重?；诖?，北京航空航天大學楊樹斌教授和杜志國副教授等人報道了一類含有五種過渡金屬的高熵金屬磷硫化物（HE-LixMPS3, Lix(Fe1/5Co1/5Ni1/5Mn1/5Zn1/5)PS3），用于構建“高強快導”的固態(tài)電解質薄膜。得益于多過渡金屬元素帶來的高熵效應，HE-LixMPS3晶體中顯示出高的晶格畸變和大量陽離子空位，極大地提高了Li+在其中的遷移速率。此外，作者將這種HE-LixMPS3與丁腈橡膠通過原位硫化工藝復合，成功構建出兼具高機械強度（6.0 MPa，延伸率310%）和高離子電導率（4×10?4 S cm-1）特性的固態(tài)電解質薄膜，用于全固態(tài)LiFePO4|Li電池時顯示出優(yōu)異的電化學性能。



文章要點



要點一：作者開發(fā)了一種含有五種過渡金屬元素的高熵金屬磷硫化物，結構表征和理論計算表明多過渡金屬原子分散到金屬磷硫化物的[P2S6]2?骨架層，可引發(fā)大的晶格畸變并引入大量陽離子空位。

要點二：高熵效應引發(fā)的晶格畸變和陽離子空位能夠有效加速Li+在金屬磷硫化物結構的遷移，優(yōu)化的HE-LixMPS3在室溫下的離子電導率高達5×10-4 S cm-1。

要點三：采用原位橡膠硫化工藝，成功構建出高機械強度和快離子電導率特性的超?。▇10 μm）固態(tài)電解質薄膜（HE-LixMPS3/NBR），其在Li對稱電池和LiFePO4|Li全固態(tài)電池中均顯現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。



圖文展示



圖1. 不同組分的LixMPS3在1023 K下的結構示意圖、吉布斯自由能和XRD圖譜

圖2.含五種過渡金屬元素的HE-LixMPS3的晶體結構和元素分布信息

圖3.離子電導率和溫度的關系、離子擴散的可能路徑

圖4.復合電解質的性能

圖5. HE-LixMPS3/NBR基全電池的電化學性能

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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具。現(xiàn)代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字，很多小語種，有語言但沒有文字。文字的不同體現(xiàn)了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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