AEM:银/铜复合缓冲层构筑高性能锂电池

高分子能源 · 公众号 · · 2024-02-04 08:15

正文

锂金属固态电池（LMSSBs）采用无阳极结构，在集流器（CC）和固体电解质（SE）之间有一层薄薄的银/铜复合缓冲层（BL），在高电流密度下具有高能量密度和循环性能。本研究利用第一原理原子模型和连续模型解释了Ag/C BL的微观机理。研究表明，银在 AgLi 2.32 以外有效地充当了均匀固溶体的角色，在锂化过程中，即使在AgLi 25 处也能保持正电位。 Ag/C BL工作的关键因素包括： BL/CC界面的界面电阻低于BL/SE界面，导致锂沉积在 BL/CC上，以及在锂化过程中大量的Ag-Li体积膨胀。这与更强的BL/SE粘附力相结合，导致BL/SE分离，银锂向CC侧挤出。在脱锂过程中，银以纳米颗粒的形式重新均匀地沉淀在CC上，其正锂化电势会在后续循环中均匀化锂电流。而其他金属由于过电位相对较大、锂化过早终止以及体积膨胀有限而阻碍向CC移动，因此效果较差。这项研究有助于锂离子电池的设计，重点是金属的选择以及材料和微结构性能的优化，如锂离子电导率和界面电阻。

图文简介

银锂BCC（红色）、FCC（绿色）和𝛾（蓝色）相的形成自由能与锂含量（xLi）在T=200 K时（a-b）和300 K时（c-d）的函数关系。 (a,c) 表示xLi = 0 - -1范围内的自由能函数；(b,d) 表示xLi = 0.6 - 0.7范围内的自由能函数。预测的相界用黑色虚线标出，自由能曲线的交叉点用黑色实线标出。

在a，b ) T = 200 K和c，d ) T = 300 K条件下，计算平衡(蓝色固体)和过饱和(黑色虚线)路径上Ag的锂化势，其中( a , c)为y = 0 - 5时的锂化势，( b、d)为y = 5 - 25时的锂化势

a) BL中银锂合金的体积百分比与锂化时间的函数关系。b) BL与SE之间的界面分离机制。当SE侧的粘附力弱于CC侧的粘附力时，BL/SE界面首先分离，固溶体向SE挤压。当SE侧的附着力强于C侧时，BL/CC界面首先分离，固体溶液向CC挤压。c) 在使用LLZO作为SE的无阳极设置中，计算的内应力与锂化时间的函数关系。d) 结合电化学和机械效应，计算BL/SE和BL/CC接口上沉积锂层厚度随锂化时间的变化情况