西工大王洪强教授、马越教授 AFM:激光诱导正极/电解质界面(CEI)构建耐高压聚环氧乙烷基固态电池
2022-11-23 来源:高分子科技
聚(环氧乙烷)(PEO)基固体聚合物电解质与全固态电池中高容量锂金属负极具有良好的界面兼容性。但电极/电解质界面处的寄生反应、高负载正极的离子传输路径不足以及高压下PEO电解质的氧化倾向等问题,严重阻碍PEO基全固态电池的应用。
通过飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)对CEI组分的空间分布进行了详细研究。首先,利用LT-TMSP电极表面的ToF-SIMS光谱来了解CEI层的组成。LT-TMSP样品上人工CEI层的主要成分应为非晶态LixPOy。PO3-和PO2-的信号表明,CEI层的厚度约为10 nm。还通过能谱以确定颗粒表面的成分。对应于 CEI 层的区域1磷含量高。区域 2几乎不含磷。
基于上述研究背景,西北工业大学材料学院马越教授与王洪强教授等人报道了一种激光辅助构建连续的、多尺度的人工正极/电解质界面(CEI)的策略,实现超高效的正极修饰(在240秒内完成)。脉冲激光诱导的局部温度梯度可使不同种类的前驱体分解于正极表面,以达到按需保护的目的。以三甲基磷酸硅酯为前驱体,构筑了高质量负载高镍正极上的富磷离子扩散网络,从而实现了全固态电池的高倍率循环以及在充电状态下的长搁置寿命。由于对于电子穿梭的绝缘作用,透射模式原位XRD证明了正极/PEO界面的衰变得到了抑制,同时层状到尖晶石的相变和晶格氧释放都得到了缓解。该工作以“Ultrafast Laser-Induced the Cathode/Electrolyte Interphase for High-Voltage Poly(Ethylene Oxide)-Based Solid Batteries i”为题发表在《Advanced Functional Materials》上。文章第一作者是西北工业大学汤晓宇博士。
图一 激光诱导人工CEI层生成
通过飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)对CEI组分的空间分布进行了详细研究。首先,利用LT-TMSP电极表面的ToF-SIMS光谱来了解CEI层的组成。LT-TMSP样品上人工CEI层的主要成分应为非晶态LixPOy。PO3-和PO2-的信号表明,CEI层的厚度约为10 nm。还通过能谱以确定颗粒表面的成分。对应于 CEI 层的区域1磷含量高。区域 2几乎不含磷。
![](/UploadFile/IndustryNewsPic/20221123160439_8120.png)
图二 改性正极的电化学性能和人工CEI层结构
![](/UploadFile/IndustryNewsPic/20221123160519_3325.png)
图三 改性与未改性正极在第三圈和第三十圈的原位相变过程。
文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202210465
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