新型柔性雙極全固態(tài)鋰電池技術(shù)研究-瑞達(dá)國(guó)際集團(tuán)

新型柔性雙極全固態(tài)鋰電池技術(shù)研究

　　雙極全固態(tài)鋰電池(LIB)作為可以應(yīng)對(duì)日益上升的能源和安全需求的解決方法起了相當(dāng)大的關(guān)注。然而，作為L(zhǎng)IB中最廣泛研究的電解質(zhì)——(硫化物或氧化物)無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)的使用，除了長(zhǎng)期存在的如化學(xué)/電化學(xué)不穩(wěn)定性，界面接觸電阻和制造加工性等問(wèn)題，還會(huì)引起機(jī)械柔性和形狀因素方面的問(wèn)題。

　　【背景介紹】

　　【成果簡(jiǎn)介】

　　近日，蔚山國(guó)家科學(xué)和技術(shù)研究院Sang-YoungLee(通訊作者)團(tuán)隊(duì)通過(guò)紫外(UV)固化輔助多級(jí)印刷開(kāi)發(fā)了一類新型的柔性雙極全固態(tài)鋰電池，其不要用于傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)電解質(zhì)基全固態(tài)LIB的高壓/高溫?zé)Y(jié)工藝。相有關(guān)傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)電解質(zhì)，作為印刷電極和凝膠復(fù)合電解質(zhì)中的核心元件，該研究使用了由基于癸二腈的電解質(zhì)和半互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)框架構(gòu)成的柔性/不可燃性凝膠電解質(zhì)。電極和GCE漿料的流變調(diào)整(朝向觸變流體行為)和無(wú)溶劑干燥的多級(jí)印刷結(jié)合使得能夠?qū)⒋?lián)/面內(nèi)雙極堆疊的單元整體集成到復(fù)雜形狀的物體上。相關(guān)成果以題為"Flexible/shape-versatile,bipolarall-solid-statelithium-ionbatteriespreparedbymultistageprinting"發(fā)表在了Energy&EnvironmentalScience上。

　　印刷GCE的合成和表征

　　(a)用于制造模板印刷的GCE的程序示意圖

　　(b)剖面SEM和EDS圖像

　　(c)顯示ETPTA聚合物網(wǎng)絡(luò)和PVdF-HFP兩種不同Tg的DSC熱分析圖

　　(d)印刷GCE的機(jī)械柔性

　　(e)印刷GCE的離子電導(dǎo)率

　　(f)GCE和碳酸鹽基對(duì)照電解質(zhì)的TGA曲線

　　(g)GCE和碳酸鹽基對(duì)照電解質(zhì)的等溫(80℃)離子電導(dǎo)率

　　(h)GCE和碳酸鹽基對(duì)照電解質(zhì)的不易燃性試驗(yàn)

　　圖2印刷電極的制作和表征

　　(a)用于制造模板印刷電極的程序示意圖

　　(b)剖面SEM和EDS圖像

　　(c)SWCNT涂覆的LCO粉末的SEM圖像

　　(d)SWCNT涂覆的LCO和原始LCO的電子電導(dǎo)率的比較

　　(e)SWCNT涂覆的LCO和原始LCO之間的排出速率能力的比較

　　圖3用于多級(jí)印刷的GCE和電極漿料的流變控制

　　(a)GCE和電極漿料的粘度作為剪切速率的函數(shù)

　　(b)粘彈性(G′和G″)作為剪切應(yīng)力的函數(shù)

　　(c)流變圖中的滯后回路

　　(d)制造出來(lái)的照片展示

　　(e)橫截面SEM圖像(這里，三個(gè)電池串聯(lián)連接)及其結(jié)構(gòu)示意圖

　　(f)橫截面SEM圖像(這里，三個(gè)電池平行連接)及其結(jié)構(gòu)示意圖

　　圖4在25℃下印刷的雙極電池的電化學(xué)表征

　　(a)印刷的LCO陰極和LTO陽(yáng)極的充電-放電曲線

　　(b)印刷的單電池(LCO陰極/GCE/LTO陽(yáng)極)的循環(huán)性能

　　(c)串聯(lián)連接的印刷雙極電池的電荷/放電曲線作為電池?cái)?shù)量的函數(shù)

　　(d)印刷雙極電池的充電/放電曲線比較

　　圖5印刷雙極電池的機(jī)械柔性和熱穩(wěn)定性

　　(a)在100次彎曲循環(huán)之前/之后印刷的雙極雙層疊電池的充電/放電曲線

　　(b)印刷雙極型雙層電池的安全性的照片

　　(c)熱沖擊之前/之后印刷的雙極雙層疊電池的充電/放電曲線

　　(d)在玩具車的彎曲車頂上逐步制造印刷的雙極雙層疊電池的照片

　　(e)玩具車上印刷的雙極雙層疊電池的充電/放電曲線

　　(f)印刷雙極雙層疊電池和對(duì)照電池的不易燃性試驗(yàn)

　　【小結(jié)】

　　該研究展示了印刷的雙極全固態(tài)LIB具有出色的靈活性，形狀多樣性，充電/放電性能，不易燃性和制造簡(jiǎn)單性等優(yōu)異特性，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前廣泛使用的(硫化物或氧化物)無(wú)機(jī)電解質(zhì)。研究中描述的基于多級(jí)印刷的雙極電池策略作為一種有效和可擴(kuò)展的平臺(tái)技術(shù)，將雙極全固態(tài)電池推向更接近商業(yè)化的一步，具有巨大的前景。

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