上海硅酸盐所氟化固态锂金属电池研究获进展

　　【化工仪器网 项目成果】2022年6月，中国科协发布2022重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题，其中“ 如何实现全固态锂金属电池的工程化应用？”位列10个对工程技术创新具有关键作用的工程技术难题之一。锂金属电池技术是一项工程突破，将有利于改善电池性能，增强电池的电量持久力。因此，开发能量密度高、安全性能好的锂金属电池体系具有重要意义。
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　　相比于传统嵌入反应型电池，锂-氟化铁转换反应型电池在质量和体积能量密度上具有2-3倍的优势，可以满足下一代移动电源对超长续航能力和便携性的要求。然而，该电池体系通常会遭受正极转换产物的失活和溶解，导致氟损失和容量快速下降等问题。锂-氟化铁体系的固态电池构架可以增强对转换产物的体积压实和空间限域效应，抑制它们挤出(或溶解)到电解质中，有望改善氟化物电池的循环稳定性。聚氧化乙烯(PEO)基聚合物电解质可提供与氟化铁正极的软质界面接触，增强电极-电解质界面的柔韧性和融合度，可进一步提高Li-Fe-F转换固态电池的综合性能，但其低的机械强度无法抑制锂金属负极的形变，其软质界面也可能包埋来自正极端的含F反应产物，因而正极F元素损失和容量衰减的现象仍然存在。
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　　中国科学院上海硅酸盐研究所研究员李驰麟带领的团队，提出了对聚合物电解质和转换反应正极的双重氟化策略，率先构建出大尺寸软包构型的固态锂-氟化铁电池，获得了高达500-600 mAh/g的可逆容量(正极能量密度可达1308 Wh/kg)。科研人员研制出氟化增强型的全固态Li-FeF3电池。AlF3粒子在正极界面处的融入可以提供额外的F源来补偿FeF3正极反应过程中的F损失，从而实现更好的转换反应可逆性。受益于转换反应中高的赝电容贡献和锂扩散系数，界面氟化改性的Li-FeF3电池展现出优异的倍率性能(3.5 A/g时容量260 mAh/g)和超长的循环能力(700 mA/g时循环至少900次)，其软包体系可在超薄电解质膜条件下可逆循环200次以上。
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　　相关论文Dual fluorination of polymer electrolyte and conversion-type cathode for high-capacity all-solid-state lithium metal batteries于近日发表在《自然-通讯》(Nature Communications)。
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　　来源： 中科院上海硅酸盐研究所

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