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麻省理工李巨Nature：剑指固态锂电池丨诺奖得主Goodenough老爷子共同作者

北北
2020-02-06


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第一作者：Yuming Chen, Ziqiang Wang

通讯作者：Ju Li

通讯单位：MIT

固态锂电池需要能够容纳金属锂在电化学变化过程中产生的机械应力，这种应力在135mV的过电势下可达1GPa。固态电解质一直与动态的金属锂保持着物理接触，因此保持其机械稳定性与电化学稳定性十分具有挑战性。


有鉴于此，美国麻省理工学院的李巨教授利用原位透射电子显微镜等手段对金属锂或钠在大量平行中空混合电子-离子导体（MIEC）管中的沉积-剥离行为进行了研究。


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图1. MIEC


他们发现，这些碱金属能够在MIEC与金属的相界面上以单晶的形式通过柯勃尔蠕变在MIEC管中生长和回缩。与传统的固态电解质不同，MIEC由于对于金属锂的电化学稳定性较好，因此这种柯勃尔蠕变机制能够显著释放电池内部应力、保持良好的电子和离子接触、可以在长达10um的尺度下实现可逆的金属锂的沉积剥离长达100周。


研究人员构造了包含1010MEIC环的厘米尺度的固态LiFePO4全电池，该全电池在1倍Li过量的情况下的可逆容量高达164mAh/g且循环50周并不发生容量衰减。该研究结果表明，采用这种特殊的管状结构能够有效克服固态锂金属电池中金属-电解质界面的化学与机械稳定性的问题。


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图2. 电化学性能


参考文献：

Yuming Chen, Ziqiang Wang, J.B. Goodenough, Ju Li et al, Li metal deposition and stripping in a solid-state battery via Coble creep, Nature, 2020

https://www.nature.com/articles/s41586-020-1972-y



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