基于电极界面层的可回收全固态锂电池的结构设计

学术   2024-09-12 18:27   江西  

1.研究背景

      用固态电解质替代传统的液态电解质可以降低泄漏和易燃的风险,其固有的机械强度和电化学稳定性也增强了结构稳定性和工作电压窗口。然而锂离子电池的需求不断增长,突破了原材料供应的极限,导致电池报废时产生的废物大幅增加。要实现宝贵电池材料的循环利用,就必须开发高效和可持续的回收工艺,必须解决废旧电池的管理问题,以最大限度地减少其对环境的负面影响,并促进以更可持续的方式储存能源。

2.实验过程及原理

      本文提出了一种可回收全固态锂电池的结构设计,在全固态电池的电极接触处引入了掺杂锂盐的聚丙烯碳酸盐(聚合物-盐)柔性界面层。柔性聚合物盐膜促进了 LLZO 复合电解质与锂金属之间的界面接触,聚合物盐层的去除也有利于组件分离,从而实现直接回收。

3.图文概要

图 1.有和没有 PPC-LiFSI 层的锂金属对称单元的频率特性图 (a) 和等效电路模型 (b).锂金属对称电池的临界电流密度 (c, d) 和熔融锂金属在 LLZO-SE 表面的润湿性 (e) 和 (f) 聚合物盐层.

图 2.(a) 放电容量小于其原始值的 50% 的原始和循环 Li/i/LLZO-SE/i/Li 的频率特性图.(b) 去除聚合物盐界面层的示意图.(c) 从 LTO(以绿色突出显示)和 Li(以蓝色突出显示)阳极基全电池中回收的组分(d) 回收的 LFP、LLZO 和 LTO 的 XRD 光谱证实,从 LTO 和锂锂金属负极的全电池中回收的组件表现出陶瓷材料的高度结晶度.

图 3.对原始和回收的 LLZO 的 (a) 元素浓度和 (b) 原始 LLZO 和回收 LLZO 的 C 1s XPS 光谱;(c) 从 Li 基全电池中回收的 LLZO 的深度剖面.

图 4.(a)原始和完全回收的 LFP/i/LLZO-SE/i/Li 的频率特性图.(b)原始和完全回收的 LFP/i/LLZO-SE/i/Li 在室温下的倍率性能和 (c, d)恒电流充电和放电曲线.

图 5.(a) 原始 LFP/i/LLZO-SE/i/LTO 和完全回收的 LFP/LLZO-SE/LTO 的频率特性图.b) 原始 LFP/i/LLZO-SE/I/LTO 和完全回收的 LFP/LLZO-SE/LTO 在室温下的倍率性能和 (c, d) 恒电流充放电曲线.

4.总结

本文提出了一种基于电极界面层的可回收全固态锂电池的架构设计。柔性双(氟磺酰基)酰亚胺锂掺杂聚丙烯碳酸酯 (PPC-LiFSI) 界面层改善了锂金属和基于LLZO的复合电解质界面的物理接触,并用作牺牲层,促进废旧电池组件的有效分离和回收,并实现废旧全固态锂电池的回收利用。回收的组件表明,通过直接重新整合到电池中,可以保持电化学特性。在 0.05 C 和室温下,带有锂金属和 LTO 负极的完全回收全电池显示出原始放电容量的 92.5% 和 93.8%,表明回收废旧电池的可行性。


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