Anod Ar gyfer Batri Lithiwm Cyflwr Solid Seiliedig ar Sylfid - Rhan 2 Anodes Eraill

Cynnydd diweddar ar anod ar gyfer batris lithiwm pob cyflwr solet sy'n seiliedig ar sylffid

—— Rhan 2 Anodes Eraill

Awdur:

JIA Linan, DU Yibo, GUO Bangjun, ZHANG Xi

1. Ysgol Peirianneg Fecanyddol, Prifysgol Shanghai Jiao Tong, Shanghai 200241, Tsieina

2. Shanghai Yili Technoleg Ynni Newydd Co, LTD. , Shanghai 201306, Tsieina

Anod aloi lithiwm

Oherwydd adweithiau ochr interfacial difrifol, mae'n anodd defnyddio lithiwm pur yn uniongyrchol mewn electrolytau solet sulfide yn y tymor byr, felly mae deunyddiau aloi lithiwm yn opsiwn mwy deniadol. O'i gymharu ag anodau lithiwm metelaidd, gall anodau aloi lithiwm wella gwlybedd rhyngwyneb, atal adweithiau ochr y rhyngwyneb rhag digwydd, gwella sefydlogrwydd cemegol a mecanyddol y rhyngwyneb electrolyt solet, ac osgoi cylchedau byr a achosir gan dwf dendritau lithiwm. Ar yr un pryd, o'i gymharu â batris lithiwm-ion hylifol, gall anodau aloi ddangos dwysedd ynni uwch a gwell sefydlogrwydd mewn batris holl-solid-state. Fodd bynnag, bydd electrodau negyddol aloi yn destun newidiadau strwythurol a chyfaint mwy yn ystod codi tâl a rhyddhau (fel aloi Li-Si, aloi Li-Sn, ac ati), felly mae angen ymchwil bellach ar ddatblygu a chymhwyso deunyddiau aloi. Ymhlith amrywiol aloion lithiwm, mae aloi Li-In yn boblogaidd ar raddfa labordy oherwydd ei hydwythedd mecanyddol gwell a'i botensial rhydocs cyson (0.62 V vs Li +/Li) dros ystod stoichiometrig eang. Yn gyffredinol, ystyrir bod aloion Li-In yn ddeunyddiau sefydlog thermodynamig a cinetig ar gyfer electrolytau sylffid. Fe'i defnyddir yn eang mewn labordai i brofi perfformiad electrolytau neu ddeunyddiau catod, tra'n dangos sefydlogrwydd beicio da o dan amodau cyfredol isel a llwyth isel. Fodd bynnag, mae potensial rhydocs a phwysau moleciwlaidd aloi Li-In yn uchel, sy'n lleihau'n fawr y fantais dwysedd ynni o fatris lithiwm-ion cyflwr solid. Yn gyffredinol, mae astudiaethau'n credu nad oes twf o dendrites lithiwm mewn aloion Li-In. Fodd bynnag, mae Luo et al. cynnal profion gwefr a rhyddhau ar Li-In|LPSCl|LNO@NCM622 batri holl-solet o dan ddwysedd cerrynt uchel (3.8 mA·cm-2) a llwyth uchel (4 mA·h·cm{{23} }). Canfuwyd bod gan y batri gylched fer ar ôl tua 900 cylchred. Cynhaliodd y batri gapasiti beicio sefydlog a bron i 100% o effeithlonrwydd Coulombic yn ystod cylchoedd gwefr-rhyddhau hyd at 890 o gylchoedd, ond dechreuodd y capasiti ddirywio'n gyflym ar ôl 891 o gylchoedd, gan ostwng i bron i 0 ar yr 897fed cylch. Cromlin foltedd codi tâl a rhyddhau perthnasol y batri o'r 891ain i'r 897fed cylch, lle mae'r gallu codi tâl yn cynyddu'n raddol, tra bod y gallu rhyddhau cyfatebol yn lleihau. Yn y cylch 897, mae'r batri yn parhau i godi tâl ac mae'r gallu yn parhau i gynyddu, ynghyd â chyfradd cynnydd foltedd is, sy'n dangos bod cylched byr mewnol a methiant batri yn digwydd. Datgelwyd mecanwaith twf dendrites Li-In trwy SEM, XPS a nodweddiadau eraill ac efelychiad AIMD. Yn dangos hynny o dan amodau cerrynt uchel a llwyth uchel. Mae Metallic In yn thermodynamig ac yn cinetig ansefydlog i electrolytau sylffid. Mae newidiadau cyfaint ac adweithiau rhyngwynebol bach yn achosi twf dendritau Li-In, gan arwain yn y pen draw at fethiant batri yn ystod cylchoedd hir. Yn wahanol i dwf fertigol dendrites lithiwm, mae modd twf dendrites Li-In yn dwf ochrol ar hyd y ffiniau pores a grawn. Mae'r gyfradd twf yn araf ac nid yw'n achosi llawer o niwed i'r strwythur electrolyte sylffid (Ffigur 6). Felly, gellir atal twf dendrite Li-In trwy wella sefydlogrwydd electrocemegol yr electrod metel / electrolyt solet a lleihau mandylledd yr electrolyte.

Ffig.6 Esblygiad rhyngwyneb beicio cyn ac ar ôl ar gyfer cell Li-In|LPSCl|LNO@NCM622

Mae gan Al fanteision hydwythedd uchel, cronfeydd wrth gefn uchel, a dargludedd electronig uchel. Mae ganddo gynhwysedd damcaniaethol penodol uchel (990 mA·h·g-1) a chyfradd ehangu cyfaint fechan (96%) ymhlith deunyddiau aloi lithiwm. Mae'n un o'r deunyddiau anod batri lithiwm holl-solet mwy addawol. Fel y dangosir yn Ffigur 7(a), mae Pan et al. paratoi electrod negyddol aloi Li-Al heb rhwymwr ac asiant dargludol (Li0.8Al, cynhwysedd penodol 793 mA·h·g-1, 0.35 V vs Li+/Li). Mae ganddo gydnaws da ag electrolyt LGPS. Mae hyn oherwydd y ffaith bod potensial gweithio'r anod aloi Li-Al parod o fewn ffenestr sefydlogrwydd electrocemegol gwirioneddol LGPS [Ffig. 7(b)]. Gan atal yr electrolyte rhag cael ei leihau a'i ddadelfennu, dangosodd y batri holl-solet-wladwriaeth a gasglwyd wrthdroadwyedd rhagorol, gyda chyfradd cadw capasiti mor uchel â 93.29% mewn 200 o gylchoedd. O dan gyflwr cymhareb N/P o 1.25, cyrhaeddodd dwysedd ynni'r batri 541 W·h·kg-1, gan brofi bod gan aloi Li-Al ragolygon cymhwyso rhagorol.

Ffig.7 Sgemateg yr anod aloi Li-Al mewn ASSLBs

Mae Sakuma et al. astudio paru aloi Li-Sn, aloi Li-Si a Li4-x Ge1-x P x S4 electrolyt, a gwelwyd ymwrthedd rhyngwyneb llai a photensial rhydocs uwch. Mae Hashimoto et al. defnyddio melino pêl egni uchel i baratoi cyfres o Li4.4Ge x Si1-x (x=0~1.0). Yn eu plith, mae Li4.4Ge0.67Si0.33 yn dangos y cynhwysedd penodol mwyaf (190 mA·h·g-1) ac mae ganddo wefriad a gwrthdroadwyedd gollwng da. Parc et al. defnyddio melino pêl fecanyddol i gymysgu a malu powdr lithiwm a phowdr silicon i baratoi'r aloi Li4.4Si, electrod positif Li4Ti5O12, ac electrolyt Li2S-P2S5 i gydosod batri lithiwm holl-solid-state. Canfu'r astudiaeth fod perfformiad y batri wedi'i wella'n sylweddol ar ôl melino pêl eilaidd o'r aloi Li-Si, hynny yw, roedd y gostyngiad ym maint gronynnau'r aloi lithiwm-Si yn ffafriol i ddyddodiad unffurf a stripio lithiwm yn ystod y proses codi tâl a rhyddhau.

Gellir defnyddio ffilmiau aloi lithiwm hefyd fel modd o sefydlogi'r rhyngwyneb electrod negyddol. Mae Choi et al. defnyddio dull treigl syml i gyfuno Ag â thrwch o 10 μm a Li â thrwch o 150 μm ac yna pwysau cymhwyso allanol i gael ffilm aloi Li-Ag. Mae cynnwys uchel Ag yn hawdd yn ffurfio rhyngwyneb sefydlog gyda'r electrolyte sylffid ac yn atal twf dendritau lithiwm. Yn ogystal, mae'r swm bach sy'n weddill o Ag nad yw'n ffurfio'r aloi Li-Ag yn cymryd rhan yn yr adwaith datrysiad solet gyda Li, sy'n lleddfu twf anwastad lithiwm. Dangosodd y batri cyflwr holl-solet a gasglwyd gadw cynhwysedd o 94.3% dros 140 o gylchoedd, a gallai hefyd feicio'n sefydlog ar gyfradd uchel o 12 C. Ymchwil gan Kato et al. Canfuwyd y gall mewnosod ffilm Au ar ryngwyneb electrolyt Li/Li3PS4 atal ffurfio gwagleoedd ar ôl diddymu lithiwm cychwynnol a chynyddu safleoedd dyddodiad Li, sy'n helpu i wella gwrthdroadwyedd y batri. Yn ogystal, gall diddymu'r ffilm Au yn lithiwm metelaidd fod yn rheswm dros wella perfformiad electrocemegol y rhyngwyneb electrod negyddol. Gall celloedd Li-cymesurol gyda ffilm Au wedi'i mewnosod yn y rhyngwyneb Li/Li3PS4 weithredu'n sefydlog ar ddwysedd cerrynt uchel (1.3 mA·cm-2) a chynhwysedd arwynebedd mawr (6.5 mA·h·cm-2 ) heb cylched byr. Mae gan y batri holl-gyflwr solet Li/Au/Li3PS4/LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 sydd wedi'i ymgynnull oes beicio o fwy na 200 gwaith ar ddwysedd cerrynt uchel o 2.4 mA·cm-2.

Anod silicon

Ystyrir mai Si yw un o'r deunyddiau anod mwyaf addawol oherwydd ei allu damcaniaethol hynod uchel (4200 mA·h·g-1), cronfeydd wrth gefn uchel, cost isel, cyfeillgarwch amgylcheddol, di-wenwyndra, a photensial gweithredu isel o 0.4 V. Mae ymchwil ar gymhwyso anodes Si mewn batris lithiwm-ion hylifol wedi'i ddatblygu ers mwy na deng mlynedd ar hugain ac mae'n dal i fod yn boblogaidd iawn. Yn ddiweddar, gan fod batris lithiwm holl-solid-state wedi mynd i mewn i faes ymchwil ynni, mae gwaith wedi dechrau i drosi'r dechnoleg silicon ddatblygedig o systemau batri lithiwm-ion hylif i systemau batri holl-solid-state. Fodd bynnag, o'i gymharu â'r ymchwil ar ddatblygu anodau silicon gallu uchel ar gyfer batris lithiwm-ion hylifol, er nad oes llawer o adroddiadau ar gymhwyso anodau silicon yn seiliedig ar fatris holl-solid sylffid, mae'r canlyniadau a ddangosir yn dal yn eithaf pwysig. Fodd bynnag, mae gan yr anod Si ddargludedd electronig isel (1.56×10-3 S·m-1), cyfernod trylediad ïon lithiwm isel (10-14-10-13 cm2·S-1), a mawr ehangu cyfaint (Li4. 4Si yw tua 360%) ac anfanteision eraill, sy'n cyfyngu ar ei gwmpas cais. Mae'r rheswm pam mae'r electrod negyddol Si yn methu yn y batri yn gyffredinol oherwydd ehangu cyfaint mawr Si yn ystod y broses lithiation / delithiation, sy'n achosi powdr, cracio a straen enfawr, ac yn cynhyrchu cyfres o ganlyniadau dinistriol difrifol. Er enghraifft: (1) Dirywiad yng nghyfanrwydd adeileddol yr electrod oherwydd ei wasgu dro ar ôl tro yn ystod rhyddhau / gwefru. (2) Datgysylltiad rhwng yr electrod a'r casglwr cerrynt a achosir gan straen rhyngwyneb. (3) Mae ïonau lithiwm yn cael eu bwyta'n barhaus yn ystod proses ffurfio-dinistr-diwygio barhaus yr haen SEI.

Ar hyn o bryd, mae'r dulliau a ddefnyddir yn gyffredin ar gyfer optimeiddio anodau silicon ar gyfer batris lithiwm holl-solet yn cynnwys rheoli maint (nano-silicon), dyluniad strwythurol, anodau ffilm tenau, aloi, cymhwysiad pwysedd, anodau cyfansawdd gyda rhwymwyr datblygedig / deunyddiau dargludol (fel Si. -C anodes), ac ati Sakabe et al. defnyddio sputtering magnetron i baratoi anodau silicon amorffaidd nad ydynt yn fandyllog a mandyllog, a'u cyfuno ag electrolyt 80Li2S·20P2S5 i gynnal profion gallu beicio. Ar ôl 100 cylchredau, dim ond tua 47% o gapasiti a ddangosodd y ffilm silicon amorffaidd anhydraidd 3.00 µm-drwchus o'i gymharu â'r 10fed cylch. Mae'r ffilm silicon amorffaidd mandyllog 4.73 µm yn dangos cynhwysedd lithiation mor uchel â 3000 mA·h·g-1. Ar ôl 100 o gylchoedd, mae'r gyfradd cadw capasiti o'i gymharu â'r 10fed cylch yn fwy na 93%. Mae'n dangos y gall y strwythur mandyllog wella sefydlogrwydd cylch y batri yn effeithiol. Roedd Okuno et al. cymhwyso'r anod cyfansawdd silicon mandyllog i fatri holl-solid-state ag electrolyt Li3PS4 a dangosodd gyfradd cadw cynhwysedd uchel o fwy na 90% mewn 100 o gylchoedd. Mae hyn oherwydd bod y mandyllau yn y gronynnau silicon yn datrys y newidiadau cyfaint enfawr yn ystod lithiation a delithiation, gan wella sefydlogrwydd beiciau. Mewn cyferbyniad, mae sefydlogrwydd beiciau anodes silicon anhydraidd masnachol yn wael, ac mae'r gyfradd cadw cynhwysedd mewn 100 o gylchoedd dim ond 20% neu hyd yn oed yn is. Roedd Poetke et al. adroddwyd bod nano-ddeunyddiau gwag cyfansawdd silicon-carbon yn cael eu defnyddio fel electrodau negyddol ar gyfer batris lithiwm-ion cyflwr solid ac fe'u cymhwyswyd yn llwyddiannus i fatris llawn Si-C|Li6PS5Cl|NCM. Mae'r cyfansawdd Si-C nanostrwythuredig a ddefnyddir yn yr astudiaeth yn darparu bwlch rhwng nanoronynnau silicon (SiNPs) a chragen carbon allanol. Gall y gragen garbon wneud iawn yn effeithiol am newidiadau cyfaint silicon, gan wella perfformiad electrocemegol o'i gymharu â SiNPs noeth.

Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae'r gymuned academaidd wedi cyflawni datblygiadau arloesol dro ar ôl tro yn yr ymchwil i anodau silicon pur. Yn 2020, mae Cangaz et al. adroddodd anod silicon colofnog a baratowyd gan broses PVD, a'i gyfuno ag electrolyt Li6PS5Cl a LiNi0.9Co{{90}}.05Mn0.05O2 catod i baratoi batri cyflwr holl-solet gyda chynhwysedd penodol uchel (210 mA·h·g-1). Mae'r anod silicon colofnog wedi'i gylchredeg yn sefydlog am fwy na 100 gwaith o dan lwyth uchel o 3.5 mA·h·cm-2, gydag effeithlonrwydd Coulombic mor uchel â 99.7% ~ 99.9%. Yn ystod y cylch, mae'r strwythur silicon colofnog yn arddangos effaith anadlu un dimensiwn tebyg i'r anod lithiwm yn y cyfeiriad fertigol. Gellir digolledu'r anadliad un-dimensiwn hwn gan fandylledd cynhenid ​​y strwythur silicon colofnog a'r pwysau pentwr allanol, gan ffurfio SEI dau ddimensiwn sefydlog. Ar yr un pryd, mae'r pwysau pentwr (20 MPa) hefyd yn atal delamination y silicon colofnog a'r casglwr presennol. O'i gymharu ag anodau lithiwm metelaidd, mae'r anod silicon colofnol hwn yn dileu'r risg o dendritau lithiwm, cylchedau byr a cholli lithiwm marw. Yn 2021, mae Tan et al. adroddodd 99.9.9% (màs) masnachol micron-radd silicon pur anod Si (μ-Si). Mae'r ardal gyswllt rhyngwyneb rhwng yr electrod negyddol a'r electrolyte Li6PS5Cl yn awyren dau ddimensiwn, hyd yn oed os bydd ehangu cyfaint yn digwydd yn ystod codi tâl a rhyddhau. Fodd bynnag, mae'r awyren dau ddimensiwn yn dal i gael ei gadw, ac nid oes rhyngwyneb newydd yn cael ei ffurfio. Mae gan yr aloi Li-Si a ffurfiwyd gan yr electrod negyddol μ-Si lithiated briodweddau cemegol a mecanyddol unigryw, sy'n cynyddu'r ardal gyswllt rhwng yr electrod negyddol a'r electrolyte [Ffigur 8(a)]. Gall y batri lithiwm holl-solet a gasglwyd gan μ-Si, electrolyt Li6PS5Cl a NCM811 weithredu'n sefydlog o fewn dwysedd cerrynt arwyneb uchel (5 mA·cm-2) ac ystod tymheredd eang (-20~ 80 gradd). Mae ganddo gyfradd cadw cynhwysedd o 80% ar ôl 500 o gylchoedd sefydlog ac effeithlonrwydd Coulombic ar gyfartaledd o 99.95% [Ffigur 8(b)], sef y perfformiad gorau o fatris holl-solet micro-silicon a adroddwyd hyd yn hyn. Mae'n werth nodi bod yr anod μ-Si yn mynd trwy feicio dwysedd cerrynt uchel heb ddeunyddiau carbon dargludol, gan atal dadelfeniad electrolyt sylffid yn effeithiol. Mae'n darparu syniadau newydd ar gyfer effeithiau andwyol carbon mewn electrodau cyfansawdd Si-C mewn meddwl confensiynol. Yn 2022, roedd Cao et al. paratoi electrod negyddol cyfansawdd sy'n cynnwys gronynnau nano-silicon (nm-Si), carbon dargludol, a Li6PS5Cl trwy melino pêl. Mae gan yr electrod negyddol cyfansawdd ddargludedd electronig ac ïon da y tu mewn, a all leihau'r dwysedd cerrynt lleol yn effeithiol ac atal cynhyrchu dendritau lithiwm ar wyneb yr electrod negyddol. Fe'i cyfunir â deunydd catod NMC811 grisial sengl wedi'i orchuddio â dull sol-gel. Gan ddefnyddio ffilm Li6PS5Cl gyda thrwch o 47 μm fel yr electrolyte, cafwyd batri lithiwm holl-solet gyda dwysedd egni o hyd at 285 W·h·kg{72}}. Cyflawnodd y batri llawn gynhwysedd uchel o 145 mA·h·g{-1 ar C/3 am 1000 o gylchredau sefydlog. Mae'r anod silicon cyfansawdd yn dangos y posibilrwydd o weithgynhyrchu ar raddfa fawr, yn lleihau costau'n sylweddol, ac yn darparu cyfeiriad ar gyfer masnacheiddio batris lithiwm holl-solid-state. Yn wahanol i gysyniad dylunio electrod negyddol Tan, mae'r electrod negyddol cyfansawdd hwn nid yn unig yn ychwanegu electrolyte ond hefyd yn ychwanegu asiant dargludol carbon. Y rheswm yw, o'i gymharu â μ-Si, mae gan nm-Si arwynebedd arwyneb uwch, mae mwy o ffiniau yn yr anod silicon, ac fel arfer mae haen o SiO ar wyneb nm-Si. Felly, mae'r dargludedd trydanol yn gyffredinol 3 gorchymyn maint yn is na μ-Si, sy'n rhwystro dargludiad electronau yn ystod codi tâl a rhyddhau. Mae arbrofion yn dangos, yn ystod y broses o dynnu lithiwm o'r anod nm-Si hwn, bod yr electrolyte yn dadelfennu ychydig yn unig, ac ni chynhyrchir unrhyw dendritau lithiwm. Yn seiliedig ar y system uchod, mae Cao et al. cynnig pensaernïaeth batri gyda dyluniad simnai deubegwn. Mae'r celloedd sengl wedi'u cysylltu mewn cyfres trwy gasglwr cerrynt i leihau'r defnydd o ddeunyddiau anweithredol, a thrwy hynny gyflawni dwysedd ynni uwch. Yn fwy penodol, mae batri lithiwm holl-solet wedi'i bentyrru â haen ddwbl wedi'i wneud o grisialau sengl rhyngwyneb-sefydlog LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2, Li6PS5Cl, a nm-Si yn gwasanaethu fel yr electrod positif, electrolyte, ac electrod negyddol yn y drefn honno, gan ddarparu foltedd uchel o 8.2 V. Dwysedd egni lefel batri yw 204 W·h·kg{104}}, sy'n uwch na'r 189 W·h·kg-1 o fatri sengl. Mae gan y dyluniad pentwr deubegwn hwn arwyddocâd cyfeirio da ar gyfer yr holl faes batri cyflwr solet.

Ffig.8 Nodweddiad rhyngwynebol a pherfformiad beicio rhwng anod µ-Si a Li6PS5Cl yn yr ASSLBs

Mae Tabl 1 yn crynhoi'r atebion i'r rhyngwyneb electrolyt solet sulfide / anod a'r manteision a'r anfanteision cyfatebol.

Tabl 1 Mynd i'r afael â strategaethau materion rhyngwynebol rhwng anodau ac electrolytau cyflwr solid sy'n seiliedig ar sylffid

anodau eraill

Electrod carbon negyddol arian

Roedd Lee et al. adroddwyd am ddyluniad batri cyflwr holl-solid gan ddefnyddio rhynghaenog arian-carbon (Ag/C) [Ffigur 9(a)]. Mae'r dyluniad rhyng-haenog hwn yn rheoleiddio'r broses dyddodi lithiwm yn effeithiol, a gwelir ffenomenau dyddodiad a stripio lithiwm cildroadwy iawn rhwng yr haen Ag/C a'r casglwr presennol. Yn eu plith, defnyddir C i wahanu'r electrolyte Li6PS5Cl o'r lithiwm metelaidd a adneuwyd, sydd nid yn unig yn osgoi lleihau'r electrolyte ond hefyd yn atal cynhyrchu dendritau lithiwm. Gall Ag leihau egni cnewyllol lithiwm metelaidd i ffurfio aloi Ag-Li. Mae rhan o'r Ag yn symud i wyneb y casglwr presennol i ffurfio datrysiad solet gyda lithiwm metelaidd, gan hyrwyddo dyddodiad lithiwm unffurf. Ar ôl y gollyngiad, mae'r haen lithiwm metelaidd wedi'i diddymu'n llwyr, tra bod Ag yn parhau rhwng y casglwr presennol a'r haen Ag-C. Gall y dyluniad hwn ddarparu ar gyfer newid cyfaint lithiwm metelaidd yn ystod beicio, lleihau dwysedd presennol lleol yr anod lithiwm, a gwella sefydlogrwydd beiciau. Fel y dangosir yn Ffigur 9(b), mae'r batri cwdyn wedi'i ymgynnull (0.6 A·h) yn arddangos dwysedd egni uchel (mwy na 900 W·h·L-1) ar 60 gradd . Effeithlonrwydd Coulombic Sefydlog yn fwy na 99.8%. Bywyd beicio hir (1000 o gylchoedd). Mae'n darparu syniadau newydd ar gyfer cymhwyso masnachol batris lithiwm holl-solid-state.

Ffig.9 Strwythur a pherfformiad beicio ar gyfer ASSLBs sy'n seiliedig ar sylffid a ddefnyddir anod Ag-C

Graffit

Ymhlith gwahanol ddeunyddiau anod rhyngosodedig ar gyfer batris lithiwm-ion, graffit yw'r deunydd mwyaf llwyddiannus yn fasnachol oherwydd ei gost isel, ei gronfeydd wrth gefn mawr, a'i oes beicio hir. Fodd bynnag, ym maes batris holl-solid-state, nid yw graffit wedi dod yn ffocws dewis deunydd electrod negyddol oherwydd ei allu damcaniaethol cyfyngedig. Mewn adroddiadau cynnar, defnyddiwyd graffit yn aml fel deunydd anod ar gyfer electrolytau solet sylffid sydd newydd eu syntheseiddio. Trodd ymchwil ddiweddarach i ganolbwyntio ar fecanwaith gweithio sylfaenol graffit mewn ASSLBs sylffid i wneud y gorau o ddylunio a gweithgynhyrchu electrodau. Defnyddir graffit yn aml fel fframwaith ar gyfer deunyddiau anod ynni uchel mewn ymchwil ddiweddar, gan ddarparu cyfanrwydd strwythurol a dargludedd trydanol. Fodd bynnag, mae electrodau negyddol cyfredol eraill megis lithiwm a silicon yn dal i gael problemau megis cost uchel, cyfradd ehangu cyfaint mawr, a chylch ansefydlog. Felly, gall graffit, fel deunydd â chost isel, cronfeydd wrth gefn mawr, lefel uchel o fasnacheiddio a sefydlogrwydd uchel, chwarae rhan bwysig yn y broses o ddatblygu batris holl-solid-state yn y camau cynnar. Mae angen gwneud y gorau o'r cynhwysedd graffit sydd ar gael yn barhaus.

Pretreatment casglwr presennol

Mae batris lithiwm-ion anodless yn cydosod y casglwr presennol yn uniongyrchol gyda'r batri heb ychwanegu gormod o lithiwm, lle mae lithiwm metelaidd yn cael ei ffurfio trwy leihau ïonau lithiwm ar y casglwr presennol o'r platio catod lithiated llawn yn ystod y cylch codi tâl cyntaf. Mae'r cysyniad hwn wedi'i astudio'n helaeth ym maes batris lithiwm-ion, ac mae rhai timau wedi ymestyn y dyluniad hwn i fatris lithiwm holl-solid-state. Mae Gu et al. ysgythru wyneb y casglwr cerrynt dur di-staen (SSCC) i wahanol raddau, ei baru ag electrolyt solet Li5.5PS4.5Cl1.5, a chynnal beicio electrostatig gan ddefnyddio cyfluniad batri anghymesur (ffoil lithiwm|ffoil dur di-staen). Mae canlyniadau arbrofol yn dangos bod gwahanol garwedd SSCC yn cael mwy o effaith ar berfformiad batri. Mae gan fatris cyflwr holl-solet sydd wedi'u cydosod â SSCCs â garwedd o 180 nm berfformiad beicio electrocemegol gwell na batris â garwedd o 20 nm yn unig. Mae hyn oherwydd bod y garw arwyneb yn cynyddu'r pwyntiau cyswllt rhwng yr electrolyte a'r casglwr presennol, gan ddarparu pwyntiau adwaith lluosog a chaniatáu dyddodiad unffurf o lithiwm ar y rhyngwyneb. Fodd bynnag, pan fydd y garwedd arwyneb yn fwy na 500 nm, mae'r arwyneb garw iawn yn achosi i'r ïonau lithiwm prin gyrraedd y pwyntiau cyswllt cyfyngedig ar waelod ysgythru y casglwr presennol. Mae hyn yn lleihau dyddodiad lithiwm ac yn dangos perfformiad gwaeth. Nid yw'r ffenomen hon yn digwydd mewn batris hylif. Mae hyn yn dangos bod y rhyngweithio rhwng yr electrolyt solet a'r casglwr cerrynt yn sylweddol wahanol i ryngweithio'r electrolyt hylif. Mae angen archwilio'r mecanwaith a'r nodweddion gweithio sylfaenol ymhellach cyn y gellir cynnal dyluniad casglwr presennol y batri holl-solet di-electrod negyddol.

Crynodeb ac Outlook

Gydag ymddangosiad CPLlL gyda dargludedd ïonig uchel, mae ymchwil ar fatris lithiwm-ïon holl-solid-cyflwr sylffid wedi cynyddu'n fawr. Yn eu plith, mae dewis deunyddiau anod a datrys problemau rhyngwyneb wedi dod yn un o ganolbwyntiau ymchwil. Mae llawer o ysgolheigion wedi crynhoi'n gynhwysfawr y cynnydd ymchwil ar y rhyngwyneb anod lithiwm / electrolyt sylffid. Mae'r erthygl hon yn darparu trosolwg systematig o'r deunyddiau anod prif ffrwd ar gyfer batris lithiwm holl-solid-state yn seiliedig ar electrolytau sylffid, megis lithiwm metelaidd, aloion lithiwm, ac anodau silicon. Cynigiwyd y broblem rhyngwyneb rhwng anod lithiwm a electrolyte sylffid, a chrynhowyd strategaethau cyffredin i wella eiddo'r rhyngwyneb. Ar hyn o bryd, mae batris lithiwm-ion cyflwr solet yn dal i fod ymhell o gymhwyso masnachol ac nid oes ganddynt ymchwil ddamcaniaethol sylfaenol gyflawn a chymorth technegol. Felly, mae angen rhoi sylw o hyd i'r materion canlynol mewn ymchwil yn y dyfodol.

(1) Mae gan anodau aloi lithiwm gapasiti storio lithiwm rhagorol a pherfformiad mwy sefydlog, ac maent wedi dangos potensial mawr wrth ddatrys twf dendrite anod lithiwm a chylched byr, gan gyflawni dwysedd ynni uchel a batris lithiwm holl-solet sefydlog hirdymor. Ym maes batris holl-solet, oherwydd nodweddion cyswllt y rhyngwyneb solet-solet, gellir datrys y broblem o gynhyrchu SEI dro ar ôl tro a achosir gan adwaith deunyddiau aloi ac electrolytau hylif. Er mwyn cymhwyso anodau aloi yn well, mae angen gwneud gwaith sylfaenol a chymhwysol i gynyddu dealltwriaeth o gemeg, electrocemeg, priodweddau mecanyddol a mecanwaith gweithio anodau aloi mewn batris cyflwr solet, er mwyn cwrdd â'r galw am uchel- cynhwysedd, batris cyflwr solet sefydlog hirdymor. .

(2) Gall anodau silicon wneud y mwyaf o ddwysedd ynni batris lithiwm-ion holl-solet. Fodd bynnag, oherwydd bod gan silicon ddargludedd electronig isel, bydd asiantau dargludol carbon a ddefnyddir yn gyffredin yn cyflymu dadelfeniad electrolytau sylffid. Mae sut i reoleiddio paramedrau cyfansoddiad yr anod silicon fel nad yw'n effeithio ar lwybr dargludol yr electrod nac yn achosi dadelfeniad yr electrolyte sylffid yn her fawr sy'n wynebu'r broses o baratoi anod silicon. Mae hefyd yn rhwystr technegol ar gyfer diwydiannu anodau silicon ar raddfa fawr mewn batris cyflwr solet sylffid.

(3) Mae angen rhoi sylw hefyd i broblemau cronfeydd wrth gefn bach a phris uchel lithiwm metelaidd mewn cymwysiadau masnachol gwirioneddol. Er bod yr anod lithiwm metelaidd yn fuddiol i'r broses platio lithiwm, nid yw'n elfen angenrheidiol i gyflawni adwaith electrocemegol platio lithiwm. Mae amodau defnydd metel lithiwm yn llym iawn, a bydd cynhyrchu màs batris lithiwm yn dod â risgiau diogelwch enfawr. Felly, er mwyn lleihau costau, gwella diogelwch a chyflawni masnacheiddio eithaf, cyfeiriad ymchwil yw datblygu batris lithiwm holl-solet-state heb anodau lithiwm. Er enghraifft, mae'r ymchwil ar electrod cyfansawdd Ag-C yn syniad da ar gyfer y gwaith nesaf. Yn ogystal, mae angen ymchwil bellach i fecanwaith gweithio sylfaenol a nodweddion casglwyr cerrynt i rag-drin casglwyr cerrynt mewn modd wedi'i dargedu i gael batris holl-solet perfformiad uchel heb electrodau negyddol.

Mae gan ddatblygiad deunyddiau electrod negyddol ym maes batris holl-solid-state ffordd bell i fynd o hyd. Gyda dyfnhau ymchwil, bydd batris holl-solid-state yn seiliedig ar electrodau negyddol ynni uchel yn bendant yn dangos eu manteision unigryw ym maes batris eilaidd.