我国科学家模仿硅藻土多级结构开发高性能固体锂离子电池

核心提示:锂金属电池的商业化一直受到安全问题和有限的循环寿命的限制。用新的不可燃固体电解质替代传统的有机电解质可以显著降低锂金属电池着火和爆炸的风险。然而，由于固体电解质与电极材料之间的固-固界面接触有限，使得固体锂金属电池的电化学性能受到限制，不能满足实际应用的要

记者从我国科技大学,这所学校姚王宏斌团队和shu-hong余教授领导的研究小组,灵感来自硅藻土具有多级结构的特点,用天然硅藻土作为模板结构稳定,无树突上升的多层次结构的锂金属阳极、固体复合基于金属锂复合构建固体锂离子电池表现出良好的电化学性能。研究结果发表在六月六日的《自然通讯》杂志上。

锂金属电池的商业化受到安全问题和有限的循环寿命的限制。用新的不可燃固体电解质替代传统的有机电解质可以显著降低锂金属电池着火和爆炸的风险。然而，由于固体电解质与电极材料之间的固-固界面接触有限，使得固体锂金属电池的电化学性能受到限制，不能满足实际应用的要。

研究人员首先利用镁热还原法将天然硅藻土转化为具有多级通道结构的硅骨架。然后将多级结构硅框架与熔融锂金属混合，充分搅拌得到锂硅复合粉末。然后，采用固体电解质对锂硅粉体表面进行改性。最后将粉末通过冷压工艺压入模具，制成多级结构的复合金属锂负极。在复合材料锂金属负极中，锂金属嵌入改性骨架的通道结构中，改善了其与电解质的接触面积，使锂离子流动更加均匀，保持了电极结构的完整性。

基于硅藻土多级通道结构模板，成功构建了多级结构的金属锂复合负极，在全固态金属锂离子电池的应用中表现出了优异的电化学性能。采用复合锂金属负极作为固体电解质，电池在锂喷射/沉积试验中可稳定循环1000小时以上，且不存在短路，极化电压可保持在100毫伏以下。

本研究是制备高性能固体锂金属复合阴极的新尝试，将为高比能/高安全储能装置的发展供应新的结构设计思路。