固态电池硬碳复合负极的制备及其性能研究

作     者：贺晨晨 余海天 李敏慧 邵钦君 陈剑 HE Chenchen;YU Haitian;LI Minhui;SHAO Qinjun;CHEN Jian

作者机构：中国科学院大连化学物理研究所辽宁大连116023 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《电源技术》 (Chinese Journal of Power Sources)

年 卷 期：2024年第48卷第4期

页      面：537-549页

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 

主　　题：固态电池 复合负极 硬碳 离子导电网络 电极组成 

摘      要：固态锂离子电池在安全性和能量密度方面有超过传统锂离子电池的潜力。作为电池的重要组成部分,高性能固态负极的研究和开发具有重要意义。硬碳在充放电过程中的体积变化较小,有利于维持与固体电解质(膜)的物理接触,是固态锂离子电池负极材料的首选之一。在电极中构建良好的离子和电子传导网络是制备高性能固态负极的关键。首次利用硬碳为活性物质、锂化的全氟磺酸(Li-Nafion)树脂与Li_(6.4)La_(3)Zr_(1.6)Ta_(0.6)O_(12)(LLZTO)的复合物同时作为粘结剂和电极内部固体电解质研制了固态复合负极。运用电化学测试和XPS表征,探究了固态复合负极中不可逆容量的来源。通过优化复合负极的组成和结构,实现了硬碳复合负极的稳定循环。所研制的固态复合电极在70℃下循环180次的平均库仑效率为99.82%。以Li-Nafion膜作为电池的固体电解质隔膜,将经预锂化处理的硬碳复合负极与磷酸铁锂正极组装了全电池。该电池稳定循环400次,平均库仑效率达99.80%。此外,该复合负极与单晶LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_(2)(NCM613)组装的固态软包电池,首次放电比容量以正极材料计为154.4 mAh/g,首次库仑效率为84.66%,充放电循环30次的平均库仑效率为98.51%。