正极材料包覆改性对 NCM523 / PEO / 金属锂固态电池的性能优化

2021-03-24 23:57:00

何妍

原创

1162

摘要：为了改善三元正极材料 LiNi0． 5Co0． 2Mn0． 3O2(NCM523)在聚合物固态锂金属电池中的电化学性能, 分别以 Al2O3和Li6． 4La3Zr1． 4Ta0． 6O12(LLZTO)为包覆材料, 通过机械包覆机一步完成对 NCM523 的包覆, 获得表面分别包覆 Al2O3 层和LLZTO 层, 厚度约 50 nm 的复合三NCM523 材料。同时以聚环氧乙烷(PEO)、聚偏氟乙烯(PVDF)、双三氟甲基磺酸亚酰胺锂(LiTFSI)以及锂镧锆钽氧(LLZTO)粉体为原材料制备了有机-无机复合固态电解质, 其电导率在 60 ℃可达到 4． 2×10-4S/ cm, 稳定的电化学窗口达到 5 V。以包覆的 NCM523 材料为正极活性材料制备复合正极, 并在该复合正极表面涂覆上述PEO 基固态电解质, 制得一体化三元 NCM523-PEO 基固态电解质复合电极片, 该种复合极片可有效改善极片与电解质界面接触电阻过大的问题; 另外以一体化的三元 NCM523 - PEO 基复合正极-固态电解质组装固态电池。基于 LLZTO 包覆NCM523 极片和 PEO-PVDF-LiTFSI-LLZTO 复合电解质的固态电池在 60 ℃表现出最佳的循环稳定性和较高的放电均压以及更小的内阻, 因此对正极材料的包覆改性是提升固态电池电化学性能以及循环寿命的有效途径.

PEO 基复合固态电解质膜: 复合固态电解质 PEO -PVDF -LiTFSI -LLZTO(PPLL)的照片如图 4( a), 图示复合电解质膜大小约 18 cm×12 cm, 为白色具有柔性的自支撑性薄膜。复合电解质渗透到正极内部, 填充了正极内部的孔隙, 改善了电池界面, 增加了离子转移通道, 提高了离子传输速度。

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