Vaste elektrolyten van het granaattype trekken veel belangstelling vanwege de hoge ionische geleidbaarheid en uitstekende elektrochemische stabiliteit tegen Li-metaal. De dikke elektrolytlaag en het stijve karakter, evenals het slechte grensvlakcontact, zijn echter enorme obstakels voor de toepassing ervan in volledig solid-state lithiumbatterijen. Momenteel bieden onderzoekers in China een veelbelovende strategie voor het realiseren van 20 μm dikke flexibele Li_6.4 La₃ Zr_1.4 Ta_0.6 O₁₂ op basis van vaste elektrolyt voor hoogwaardige volledig solid-state lithiumbatterijen.

Ze publiceerden hun werk op 4 juli in Energy Material Advances .

"De ontwikkeling van veilige lithiumbatterijen met een hoge energiedichtheid en volledig gebruik van vaste elektrolyten is absoluut noodzakelijk", zegt auteur Xiayin Yao, professor aan het Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering, Chinese Academy of Sciences (CAS). "De energiedichtheid op celniveau van volledig solid-state lithiumbatterijen hangt sterk af van de dikte van vaste elektrolyten en dunne anorganische vaste elektrolytfilms vertonen over het algemeen een dik en stijf karakter."

Yao legde uit dat op polymeer-in-keramische granaat gebaseerde elektrolyten de bovengenoemde uitdagingen van keramische elektrolyten van het granaattype aanzienlijk kunnen overwinnen.

"Op polymeer-in-keramiek op granaat gebaseerde vaste elektrolyt kan de voordelen van flexibiliteit van polymeercomponent en uitstekende elektrochemische stabiliteit, mechanische modulus en thermische stabiliteit van anorganische elektrolyten combineren," zei Yao. "Als gevolg van de inferieure sterkte van de polymeercomponent, vertonen op polymeer-in-keramiek-granaat gebaseerde vaste elektrolyten over het algemeen brosse breuk door hun dikte te verminderen bij hoge anorganische inhoud. Bovendien zijn traditionele op polymeer-in-keramische granaat gebaseerde vaste elektrolyten vaak bereid door een slurry-gietmethode, waarbij massieve schadelijke oplosmiddelen worden verdampt en in het algemeen sedimentatie van geagglomereerde anorganische deeltjes optreedt tijdens het bereidingsproces."

Yao en zijn team ontwikkelden een 20 μm dikke flexibele Li_6.4 La₃ Zr_1.4 Ta_0.6 O₁₂ Op (LLZTO) gebaseerde vaste elektrolyt met 90 gew.% LLZTO-gehalte via oplosmiddelvrije procedure. De resulterende 20 μm dikke film op basis van LLZTO vertoont een ultrahoge ionengeleiding van 41,21 mS bij 30 ^o C, uitstekende oxidatiestabiliteit van 4,6 V, superieure thermische stabiliteit en onbrandbaarheid. Bovendien kan de corresponderende Li||Li symmetrische cel meer dan 2000 uur stabiel fietsen met een lage overpotentiaal bij 0,1 mA cm ^-2 onder 60 ^o C.

"De haalbaarheid van de op LLZTO gebaseerde film in een volledig solid-state lithium-metaalbatterij is geverifieerd. De geassembleerde Li||LiFePO₄ pouch-cel met geïntegreerde elektrolyt/kathode-interface vertoont uitstekende snelheidsprestaties en cyclusprestaties met een capaciteitsbehoud van 71,4% vanaf 153 mAh g ^-1 tot 109,2 mAh g ^-1 bij 0,1 C gedurende 500 cycli onder 60 ^o C," zei Yao. "De gepresenteerde ultradunne LLZTO-gebaseerde film heeft een groot potentieel voor praktische toepassingen in volledig solid-state lithiumbatterijen." + Verken verder

Een in-situ gegenereerde composiet elektrolyt in vaste toestand voor hoogspannings-lithium-metaalbatterijen