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电池用锂陶瓷的低温合成

放大字体  缩小字体 发布日期:2024-04-19 20:39:58    来源:本站    作者:admin    浏览次数:101    评论:0

  Low-temperature synthesis of lithium ceramic for batteries

  锂陶瓷可以作为固体电解质,用于更强大、更经济的可充电锂离子电池。挑战在于找到一种在高温下不烧结的生产方法。在Angewandte Chemie杂志上,一个研究小组现在介绍了一种无烧结的方法,可以高效、低温地合成导电晶体形式的这些陶瓷。

  两个因素主导着电动汽车电池的发展:动力,它决定了汽车的续航里程;在与内燃机的竞争中,成本是至关重要的。

  美国能源部旨在加速从汽油动力汽车向电动汽车的过渡,并制定了到2030年降低生产成本和提高电池能量密度的宏伟目标。这些目标是传统锂离子电池无法实现的。

  制造更小、更轻、更强大、更安全的电池的一个非常有前途的方法是使用固态电池,其阳极由金属锂而不是石墨制成。传统的锂离子电池具有液态有机电解质,并使用聚合物膜将阳极和阴极分隔开,与之相反,固态电池的所有组件都是固体。

  薄陶瓷层同时充当固体电解质和分离器。它对锂枝晶生长引起的危险短路和热失控都是非常有效的。此外,它们不含易燃液体。

  石榴石型氧化锂Li7La3Zr2O12?d (LLZO)是一种适合于高能量密度电池的陶瓷电解质/分离器。这种材料必须在1050°C以上与阴极一起烧结,才能将LLZO转化为快速导电锂的立方晶相,使其足够致密,并牢固地结合到电极上。

  然而,超过600°C的温度会破坏可持续的低钴或无钴阴极材料的稳定性,同时也会提高生产成本和能耗。需要更经济、更可持续的新生产方法。

  由美国麻省理工学院(MIT)和德国慕尼黑工业大学(TU Munich)的Jennifer L. M. Rupp领导的一个团队,现在已经开发出了这样一种新的合成工艺。

  他们的新工艺不是基于陶瓷前驱体化合物,而是基于液体前驱体化合物,在顺序分解合成中直接致密形成LLZO。为了优化这种合成路线的条件,Rupp和她的团队使用多种方法(拉曼光谱,动态差示扫描量热法)分析了LLZO从无定形到所需晶体形式(cLLZO)的多步相变,并制作了时间-温度转变图。

  基于他们对结晶过程的深入了解,他们开发了一种方法,在相对较低的500°c温度下,经过10小时的退火,cLLZO成为致密的固体薄膜,而无需烧结。对于未来的电池设计,这种方法将允许将固体LLZO电解质与可持续阴极集成,从而避免使用钴等社会经济关键元素。

  更多信息:朱云彤等人,低温可持续合成电池级锂石榴石电解质的时间-温度-转化(TTT)图,Angewandte Chemie International Edition(2023)。DOI: 10.1002 / anie.202304581期刊信息:Angewandte化学国际版,Angewandte化学

  Wiley提供

  引用:低温合成锂陶瓷电池(2023,10月23日)2023年10月23日检索自https://techxplore.com/news/2023-10-low-temperature-synthesis-lithium-ceramic-batteries.html本文档

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