Fasta elektrolyter av granattyp tilldrar sig stort intresse på grund av hög jonledningsförmåga och utmärkt elektrokemisk stabilitet mot Li-metall. Det tjocka elektrolytskiktet och den styva naturen samt dålig gränssnittskontakt är dock enorma hinder för dess tillämpning i helsolid-state litiumbatterier. För närvarande tillhandahåller forskare i Kina en lovande strategi för att förverkliga 20 μm tjock flexibel Li_6.4 La₃ Zr_1.4 Ta_0.6 O₁₂ -baserad fast elektrolyt för högpresterande helsolid-state litiumbatterier.

De publicerade sitt arbete den 4 juli i Energy Material Advances .

"Utvecklingen av högenergitäthet och säkra hel-solid-state litiumbatterier som använder fasta elektrolyter är absolut nödvändig", säger författaren Xiayin Yao, professor vid Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences (CAS). "Energitätheten på cellnivå för litiumbatterier i helt fast tillstånd beror mycket på tjockleken på fasta elektrolyter och oorganisk fast elektrolytfilm visar i allmänhet tjock och stel natur."

Yao förklarade att polymer-i-keramiska granatbaserade elektrolyter väsentligt kan övervinna de ovannämnda utmaningarna med keramiska elektrolyter av granattyp.

"Polymer-i-keramisk granatbaserad fast elektrolyt kan kombinera fördelarna med flexibilitet hos polymerkomponenter och utmärkt elektrokemisk stabilitet, mekanisk modul och termisk stabilitet hos oorganiska elektrolyter," sa Yao. "På grund av polymerkomponentens sämre hållfasthet uppvisar polymer-i-keramisk granatbaserad fast elektrolyt i allmänhet spröd brott genom att minska sin tjocklek under höga oorganiska halter. Dessutom är traditionella polymer-i-keramiska granatbaserade fasta elektrolyter ofta beredd med slurrygjutningsmetod, som involverar avdunstning av massiva skadliga lösningsmedel och i allmänhet utsätts för sedimentering av agglomererade oorganiska partiklar under beredningsprocessen."

Yao och hans team utvecklade en 20 μm tjock flexibel Li_6.4 La₃ Zr_1.4 Ta_0.6 O₁₂ (LLZTO)-baserad fast elektrolyt med 90 viktprocent LLZTO-innehåll genom lösningsmedelsfri procedur. Den resulterande 20 μm tjocka LLZTO-baserade filmen uppvisar ultrahög jonkonduktans på 41,21 mS vid 30 ^o C, utmärkt oxidationsstabilitet på 4,6 V, överlägsen termisk stabilitet och icke brännbarhet. Dessutom kan motsvarande Li||Li symmetriska cell stabila cykeln i mer än 2000 timmar med låg överpotential vid 0,1 mA cm ^-2 under 60 ^o C.

"Möjligheten för den LLZTO-baserade filmen i ett helsolid-state litiummetallbatteri har verifierats. Den sammansatta Li||LiFePO₄ påscell med integrerat elektrolyt/katodgränssnitt uppvisar utmärkta hastighetsprestanda och cykelprestanda med en kapacitetsretention på 71,4 % från 153 mAh g ^-1 till 109,2 mAh g ^-1 vid 0,1 C över 500 cykler under 60 ^o C," sa Yao. "Den presenterade ultratunna LLZTO-baserade filmen har stor potential för praktiska tillämpningar i helsolid-state litiumbatterier." + Utforska vidare

En in-situ genererad komposit-solid-state elektrolyt för högspänningslitiummetallbatterier