课题组研究入选台湾同步辐射光源杰出用户成果
发布时间：2024-08-01
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- 2024-08-01
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- 课题组研究入选台湾同步辐射光源杰出用户成果
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全固态锂金属电池容易受到锂枝晶穿透导致短路的问题，难以实现高电流密度循环。在这项研究中，我们基于之前总结的两种锂枝晶穿透固态电解质导致电池失效的机制，即机械穿刺机制和输运促进机制，针对性地提出了“迂回与缓冲”的应对策略，并采用颗粒级配的方法设计制备了晶粒尺寸双峰分布的固态电解质来实现这一目的。这种晶粒尺寸双峰分布的微观结构，由平均粒径约5微米的细晶粒包围着粗晶粒（平均粒径50-60微米），锂渗透的驱动力被高密度晶界和细小分布的孔隙不断消耗；同时，大晶粒能有效增加锂枝晶生长路径的曲折性，从而有效抑制和延缓固态电解质的失效。通过这种双峰分布的固态电解质，协同发挥粗晶和细晶的优势，实现了“迂回与缓冲”效应。在不对界面进行任何额外修饰的情况下，具有双峰微观结构的锂镧锆氧固态电解质可以在电流密度高于1 mA·cm-2的条件下稳定循环2000多小时，并可在电流密度为2 mA·cm-2的条件下成功循环100小时以上。这一结果相比于传统的不具备双峰微观结构的锂镧锆氧固态电解质，首次实现了在高于1 mA·cm-2电流密度的室温稳定循环，并将稳定循环时间提升10倍。同时，这一结果高于目前绝大多数精心修饰Li/LLZO界面后的锂镧锆氧固态电解质所能承受的循环电流密度极限和稳定循环时间极限。在本研究中，表征实验依托TPS21A纳米绕射实验站完成。