Новые успехи в исследованиях по регулированию межфазных границ высоковольтных квазитвердотельных литий-металлических аккумуляторов

Институт материаловедения и технологий Китайской академии наук в Дунгуане в сотрудничестве с Южно-Китайским педагогическим университетом и Технологическим институтом Дунгуана добился значительного прорыва в области квазитвердых литий-металлических аккумуляторов. Команда разработала квазитвердый композитный электролит Janus (двусторонний), который посредством дифференцированного управления интерфейсом между положительным и отрицательным электродами решает ключевую проблему, связанную с противоречивыми требованиями к характеристикам интерфейса при высоком напряжении положительного электрода и литий-металлического отрицательного электрода. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Materials Chemistry A» и выбраны в качестве выдающейся статьи.

Литий-металлический отрицательный электрод, благодаря своей чрезвычайно высокой теоретической удельной ёмкости, рассматривается как перспективное направление для повышения удельной энергии аккумуляторов. Однако существуют значительные различия в требованиях к электролитному интерфейсу со стороны положительного и отрицательного электродов: положительный электрод требует превосходной окислительной стабильности и быстрой ионной проводимости, а отрицательный электрод — стабильного интерфейса, подавляющего рост дендритов лития. Существующие электролиты с однородной структурой не могут удовлетворить оба этих требования одновременно. Исследовательская группа использовала неорганический электролит LATP и полимер PMMA для модификации с обеих сторон сепаратора PE, создав структуру Janus посредством in situ полимеризации, пространственно разделив функциональные интерфейсы положительного и отрицательного электродов и используя стратегию разделения фаз, индуцированную полимеризацией, для создания бифазного ионного транспортного сети.

Электрохимические тесты показали, что электрохимический стабильный диапазон разработанного электролита достигает 5,68 В. При использовании аккумулятора с высоким содержанием никеля в положительном электроде и при скорости разряда 0,3 С после 300 циклов ёмкость сохраняется на уровне 90%, а после 500 циклов — 70%. При высоком напряжении отсечки 4,6 В после 100 циклов ёмкость сохраняется на уровне 84%. Мягкий аккумулятор продолжает стабильно работать при изгибе, складывании и разрезании. Такая конструкция Janus эффективно устраняет врождённый конфликт, связанный с тем, что традиционные однородные электролиты не могут одновременно обеспечивать стабильность интерфейса с обеих сторон, и открывает новые перспективы для оптимизации материалов и усовершенствования технологий в области высоконапряжённых квазитвёрдых литий-металлических аккумуляторов.