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一日内,Goodenough连发两篇通讯文章

一日内,Goodenough连发两篇通讯文章

近日,“锂电之父”John B. Goodenough作为通讯作者在JACS上一日内连发两篇文章谈及全固态电解质。


Goodenough等人曾开发了一种能隙较大,锂离子电导率σLi>10^2 S/cm的Li+玻璃电解质。当其用在Li /玻璃电解质/ Li对称电池中时,在3 mA/cm^2电流密度条件下,可以在室温下循环数千次,表现出低的沉积/溶出阻抗。


近日,在“Non-Traditional, Safe, High-Voltage Rechargeable Cells of Long Cycle Life”文章中,他们又设计了一种室温全固态二次电池。这种电池结构包括金属锂负极,玻璃电解质以及带有塑化剂涂层的传统氧化物正极。在153mA/g的电流密度和电压区间为2.5-5.0V的条件下,电池循环寿命超过23000次。另外,电池还表现出好的倍率性能,这是因为Li+玻璃电解液和塑化剂两者中都存在电偶极子。电偶极子使塑化剂/正极界面以及塑化剂/电解质界面都形成了双电层,双电层的存在为电池的安全以及快速、长时间充放电都提供了保障。

一日内,Goodenough连发两篇通讯文章

图1.Li/Li +玻璃态电解液/LNMO的电化学性能

 

在“Garnet electrolyte with an ultra-lowinterfacial resistance for Li-metal batteries”这篇文章中,Goodenough等人介绍了一种用于锂金属电池的石榴石结构固态电解质(garnet)的优化方法。他们认为石榴石结构的Li7La3Zr2O12固态电解质极具前景,因为在室温下这种电解质还具有较高的锂离子电导率,不仅可以用于锂金属电池还能用于锂氧化还原液流电池。


但石榴石结构电解液的三个主要问题:

  1. 电化学窗口有争议,实验结果和计算结果不一致;

  2. 界面电阻大且锂枝晶生长迅速;

  3. 材料存储期间,非常容易受潮,在材料表面形成Li2CO3绝缘层性,Li+传导性能严重衰减。


作者发现导致这些问题的原因是电解质材料表面有厚的Li2CO3层和Li-Al-O玻璃相存在。于是,通过一种简单的高温碳化处理方法有效解决了这一问题,从而使电解液的化学稳定性可以达到4.4V,显著降低了Li/石榴石,石榴石/复合正极以及石榴石/有机电解质的界面电阻。所组装的Li/garnet/Li对称电池,Li/garnet/LiFePO4电池以及Li-S 电池均表现出低过电势,高库伦效率以及稳定循环的性能。

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图2. 锂金属电池中分别以石榴石LLZT的和LLZT-C为电解液的示意图

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图3.全固态锂金属电池在65℃时的电化学性能

 

90多岁了还在“折腾”,实为吾辈楷模!


参考文献:

[1] Maria Helena Braga, Chandrasekar MSubramaniyam, Andrew J. Murchison, and John B. Goodenough, Non-Traditional, Safe, High-Voltage Rechargeable Cells of Long Cycle Life, J. Am. Chem. Soc.,2018, DOI: 10.1021/jacs.8b02322

[2] Yutao Li, Xi Chen, Andrei Dolocan, Zhiming Cui, Sen Xin, Leigang Xue, Henghui Xu, Kyusung Park, and JohnB. Goodenough, Garnet electrolyte with an ultra-low interfacial resistance for Li-metal batteries, J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b03106


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