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对上述制备的极片采用场发射显微镜SESEM和X射线能谱EDXS观察元素分布,结果如下图所示,可以看到,固体电解质很好的占据了活性物质颗粒之间的空间。
DongHyeonKim将上述制备的正负极电极分别制成半电池进行电化学测试,测试结果如下图所示,从结果上我们看到,对于正极LCO材料,采用固体电解质的实验电池比容量为141mAh/g,而采用液体电解质的对照组比容量为154mAh/g,而对于负极石墨,采用固体电解质的实验电池的比容量为364mAh/g,采用液体电解质的对照组仅为312mAh/g,但是固态电解质电池的首效都较低(正极76.6%,负极80.7%),这与硫化物固体电解质在高电压和低电压下不稳定有关,首次充电的过程中,部分Li+不可逆的嵌入到固体电解质中,但是随后形成的惰性分解产物能够对固体电解质祈祷保护作用,防止其进一步分解。
该固体电解质的倍率性能测试如下图所示,从结果来看,降低PVDF粘结剂的含量,可以有效的提升电池的倍率性能,这主要是因为较低的PVDF粘结剂含量,有助于提升固体电解质与活性物质之间的离子电导率,从而改善电池的倍率性能。但是降低导电剂SP的含量却会导致倍率性能下降,这可能是因为电极的电子导电性下降导致的。
循环测试表明,固态电解质电极的循环性能有所下降,0.5C循环50次容量保持率88.6%,相比之下,传统的液体电解质循环50次容量保持率为97.1%,这主要是由于固体电解质与LCO界面不稳定造成的,通过Al2O3可以有效的克服这一问题,经过包覆处理的电极循环50次容量保持率可达98.1%。
完成了上述测试后DongHyeonKim还进行了全电池测试,正负极分别采用上述湿混工艺制备的固体电解质电极,隔膜采用了新型的柔性固体电解质-无纺布隔膜,厚度仅为70um,0.5C循环后容量保持率为95.9%。电池在100℃下6C循环100次容量保持率大道82%,这一温度远远超过了传统的锂离子电池的正常工作温度。
DongHyeonKim开发的新型制备固态电池工艺,采用固态电解质溶液的方式获得了均匀的固态电解质电极,从而保证了电极良好的离子电导率,相比于传统的干混工艺制备固体电解质电极,电池的倍率性能和循环性能都有了较大的提升。同时该固态电解质电池能够在100℃下正常工作,表现出了优异的循环性能。同时采用无纺布+固体电解质的薄隔膜使得该固体电解质电池工艺能够更加方便的应用在传统的卷绕式电芯的生产中。
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