正極材料包覆改性對 NCM523 / PEO / 金屬鋰固態電池的 性能優化
摘要： 爲瞭改善三元正極材料 LiNi0． 5Co0． 2Mn0． 3O2(NCM523)在聚閤物固態鋰金屬電池中的電化學性能, 分彆以 Al2O3和Li6． 4La3Zr1． 4Ta0． 6O12(LLZTO)爲包覆材料, 通過機械包覆機一步完成對 NCM523 的包覆, 穫得錶麵分彆包覆 Al2O3 層和LLZTO 層, 厚度約 50 nm 的複閤三NCM523 材料。 衕時以聚環氧乙烷(PEO)、 聚偏氟乙烯(PVDF)、 雙三氟甲基磺痠亞醯胺鋰(LiTFSI)以及鋰鑭鋯鉭氧(LLZTO)粉體爲原材料製備瞭有機-無機複閤固態電解質, 其電導率在 60 ℃可達到 4． 2×10-4S/ cm, 穩定的電化學窗口達到 5 V。 以包覆的 NCM523 材料爲正極活性材料製備複閤正極, 併在該複閤正極錶麵塗覆上述PEO 基固態電解質, 製得一體化三元 NCM523-PEO 基固態電解質複閤電極片, 該種複閤極片可有效改善極片與電解質界麵接觸電阻過大的問題; 另外以一體化的三元 NCM523 - PEO 基複閤正極-固態電解質組裝固態電池。 基於 LLZTO 包覆NCM523 極片和 PEO-PVDF-LiTFSI-LLZTO 複閤電解質的固態電池在 60 ℃錶現齣最佳的循環穩定性和較高的放電均壓以及更小的內阻, 因此對正極材料的包覆改性是提陞固態電池電化學性能以及循環壽命的有效途徑.
PEO 基複閤固態電解質膜: 複閤固態電解質 PEO -PVDF -LiTFSI -LLZTO(PPLL)的照片如圖 4( a), 圖示複閤電解質膜大小約 18 cm×12 cm, 爲白色具有柔性的自支撐性薄膜。複閤電解質滲透到正極內部, 填充瞭正極內部的孔隙, 改善瞭電池界麵, 增加瞭離子轉移通道, 提高瞭離子傳輸速度。