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...SEI特性和Li晶体取向,实现高性能锂金属软包电池,孙学良院士Science子刊:卤化物电解质基全固态电池发展前景

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一、...SEI特性和Li晶体取向,实现高性能锂金属软包电池

作者:景行审核:试灯问墨

声明:文章系作者授权新威研选发布,转载及相关事宜请联系小威(微信号:xinweiyanxuan3)。本文仅代表作者观点,如有不科学之处,欢迎指正。

01导读:

锂金属电池中,高活性锂金属易与电解质反应,形成不稳定的固体电解质界面(SEI),导致低库仑效率与容量衰减,阻碍商业化进程。

02成果背景:

西安交通大学宋江选团队提出,利用YF3/聚甲基丙烯酸甲酯复合材料层(YP)协同调节SEI特性与Li晶体取向,促进稳定锂金属负极生成。YP生成掺杂Y的Li金属,优化(200)晶面,减轻Li金属与电解质反应,形成富含LiF的SEI,加速电荷转移,实现468Whkg-1高能量密度锂金属软包电池。

03关键创新:

协同调节SEI与Li晶体取向,稳定锂金属负极,获得高能量密度锂金属电池。

04核心数据解读:

通过原位XRD和低温TEM分析,发现YP诱导Li金属晶体从(110)向(200)晶面偏移,降低表面能,优化Li沉积路径。ToF-SIMS显示富含LiF的SEI层,促进锂均匀沉积,减少副反应。

05成果启示:

通过调节SEI与Li晶体取向,实现稳定锂金属负极,提高锂金属软包电池能量密度与循环稳定性,为高性能电池应用提供新途径。

06参考文献:

二、西安有哪些好玩的水上世界?

乐华城88℃温泉乐园

乐华城88℃温泉乐园亚洲超大温泉水上主题乐园,总面积达22万平方米,分为室外和室内两部分,可365天全天候运营。

室外部分拥有海底世界、加勒比海盗、海洋世界(儿童专区)、热带雨林、热带海岛、威尼斯水域6大主题区域,室内部分是以亚特兰蒂斯王国为背景,打造宫殿式的梦幻乐园!

经过半年的改造升级,2018年乐华88℃温泉乐园游乐项目更加刺激畅爽,演艺阵容震撼升级,将“日夜狂欢季”为主题,打造音乐节,电音趴等多场大型精彩活动,掀起夏季狂欢新热潮!!

■人均:¥158起

■电话:029-38022888

■营业时间:10:00-20:00

■地址:陕西省西安市西咸新区泾河新城沣泾大道东段1号

迪比斯欢乐水世界

迪比斯欢乐水世界主要以“水”为核心,涵盖了海啸、海浪、漂流、冲浪等项目,填补了西安乃至西北地区室外水上大型项目的空白。

一旦赶上夏季,迪比斯海浪池堪比“下饺子”,千人同池、万人同欢,3米巨浪迎面扑来;海浪池中间的舞台,每天都会有表演环节,让游客在享受冲浪的同时近距离的参与其中;多种海浪模式,营造出最真实的海域体验,一嗨翻天!

当然,考虑到小朋友爱好戏水,迪比斯主题宝贝水城是儿童的天下。各种各样适合小朋友和家庭同乐的大、小型的水玩具,所有的水玩具不仅造型生动可爱、选材安全可靠,还有各种喷水的特效,让宝宝们乐不可支,笑声不断。

■人均:¥78起

■电话:400-991-2225

■营业时间:10:00-22:30

■地址:长安区滦镇官堰村沣峪口转盘向西两公里

华浮宫水上乐园

华浮宫的“水上世界”是一个大型室内水上娱乐中心,西北唯一室内大型水上乐园。

模拟夏威夷海浪、空中滑道,漂流河、翻斗乐、水火山等大型水上嬉水,儿童游乐区丰富多样,设有水滑梯、翻斗乐、水火山滑道、极限浮桥、翘翘板、水摩托等超多项目,绝对包孩子满意!

椰子树、沙滩椅、夏威夷海浪……全面仿真海景,空中滑道、海盗船、漂流河、水火山……嬉水乐园,新鲜刺激,愉悦身心,来华浮宫水上世界让人体验异域风情,疯狂玩嗨一整夏!

■人均:¥79起

■电话:029-86677777

■营业时间:10:00-21:30

■地址:西安市未央区未央湖经开发区阳光大道(未央湖西门外)

秦龙温泉水上乐园

秦龙温泉水上世界是西安周边唯一一个一年四季都可以玩的水上乐园。

由于绿化很好,游玩的时候不会暴晒,区域划分比较多,有温泉区和儿童戏水区、成人水上设备区,所以来这里游玩,全家人都可以找到最爱。

游玩项目如大喇叭、彩虹滑梯、玛雅水寨、空中旋转、波浪水上滑梯、蘑菇亭、水上碰碰车及大型水疗池等。

在弯曲的、垂直的滑梯上激流勇下,激起水花连连,和家人、朋友疯狂打水仗……每一个角落都带给大家夏日的清凉,尽情的遨游在水上世界!

■人均:¥89起

■电话:029-85868000

■营业时间:10:30-22:00

■地址:西安市长安区东大街办地热开发区东大村88号

华南城欢乐水世界

华南城欢乐水世界,是西北大型移动水上乐园,总占地9000㎡,水域面积3000㎡。

除常见的水上项目外,还有水上智勇大冲关、水上足球场、花样泳池、龙头滑梯等水上游乐设施,适合儿童、青少年、成年人开展水上运动~

园区特别增设了幼儿区和儿童区,整个园区打造了一个集游园体验,水上冲关竞技、休闲娱乐养生、美食冷饮购物等于一体的综合乐园。

■人均:¥35起

■电话:029-83332804

■营业时间:11:00-20:00

■地址:国际港务区港兴路中段2号华南城交易广场

秦乐城水世界

秦乐城主题乐园由机械游乐区、水上游乐区两大部分组成,可同时容纳五千余人狂欢!拥有几十余种游乐项目,完全够大家尽情领略跌宕起伏的游乐探险。

游玩项目包括造浪池、水炮飞人、激流勇进、海盗船、大摆锤、漂流等~

值得一提的是1800平米的造浪池!让孩子慢慢的爬在沙滩上,数着浪花一朵朵,分分钟感受到大海柔情似水的拥抱!

陕西少有的“水炮飞人”,让你在水上享受飞一般的感觉~这只是水上乐园,还有游乐场供孩子娱乐,碰碰车、大摆锤、海盗船等设备,尽情无限畅玩!

■人均:¥30起

■电话:029-32011651

■营业时间:09:00-23:00

■地址:西兰路南上召汽车产业园汽车大道(秦楚国际汽博城向西500米路南)

欢乐海室内温泉水上乐园

欢乐海室内温泉水上乐园作为西安大型室内水上乐园,拥有13000㎡超大空间,室内最大的好处就是不受天气影响,更不怕晒黑啦!

所有水池采用真正地下黄金温泉水,以色列进口水循环过滤系统,一年四季都能玩,26-30℃四季恒温水质非常纯净,完全放心!

当然,还有十余项水上游乐项目,类型丰富呦~有巨兽碗、冲浪池、各种滑梯、泳池等,全家同游的大型儿童水区,纵情戏水!

■人均:¥150起

■电话:029-62096655

■营业时间:09:00-23:00

■地址:西安市莲湖区沣惠北路94号(太奥广场西面)

糖果兔亲子水上乐园

糖果兔是一家集婴幼儿游泳洗澡抚触、儿童水上乐园为一体的大型亲子水上乐园,位于南稍门中贸广场,方便交通,配套齐全,可享游乐、餐饮、亲子等一站式休闲体验。

乐园占地1100平米,设有戏水区、婴幼儿spa游泳区和陆地互动区,融集近50种大型游乐设施、多彩观影戏水设施,够宽敞、够童趣、够温馨~

除了玩水,还可畅玩寓教于乐的陆地娱乐项目,AR魔幻沙桌、3D互动投射、乐高玩具等,让孩子们告别燥热,清凉一整夏!

智能恒温、循环过滤、臭氧消毒、四季恒温等一系列的措施消除所有可能危及到孩子健康的因素,为孩子提供安全又好玩的保障~

■人均:¥98起

■电话:17792277932

■营业时间:10:00-21:30

■地址:西安市碑林区南稍门十字西北角南稍门中贸广场3层

美立德水世界

美立德水世界拥有300平超豪华仿真室内水上乐园,任宝贝们随意畅玩。

容积大型游乐设施,多彩观景溪水设施、趣味喷水设施,用水经3重物理过滤和紫外线不间断消毒、水质达饮用水标准室内标准场内全方位无死角软包、全部采用环保材质。

四季恒温,室温恒定为27°,水温恒定33~35度,24小时不间断空气循环,每天紫外线空气消毒,完全可以放心带孩子来体验夏日清凉!

■人均:¥98起

■电话:029-87362137

■营业时间:11:00-20:30

■地址:解放路万达广场1号门2楼

爱水是孩子的天性,选择水上乐园的消暑方式要比喝冷饮、吃冰镇水果健康放心的多~

不过,孩子的安全还是首位,尤其外出游玩,基本的保护措施需要做好,玩耍过程中要时刻注意孩子的情况,保证在安全可靠的前提下,让孩子度过一个完美又清凉的夏天!

希望这个回答对你有帮助

三、孙学良院士Science子刊:卤化物电解质基全固态电池发展前景

第一作者:王长虹

通讯作者:孙学良

通讯单位:加拿大西安大略大学

开发固态电解质(SSEs)基全固态电池(ASSBs)是解决液态电解质基Li离子电池安全性问题的可行方案,最近,卤化物SSEs由于高的离子传导率、高电压稳定性、优异的形变性能以及成本效益和大规模制备的优势,目前受到广泛研究,为了进一步阐明卤化物SSEs实际应用的潜能,加拿大西安大略大学孙学良教授团队全面总结了不同卤化物SSEs的晶体结构、离子传输动力学以及规模化制备的潜能,进一步讨论了其对湿度的敏感性以及与正负极界面的稳定性问题,最后评估了全固态软包电池NMC811/Li和Li-S未来有望实现400和500Whkg?1能量密度的目标,从而表明卤化物SSEs用于实用化ASSBs的可行性。相关成果以题为“Prospectsofhalide-basedall-solid-statebatteries:Frommaterialdesigntopracticalapplication”的综述形式发表在国际顶级期刊ScienceAdvances上。

一般来说,金属卤化物超离子导体的化学式记为Li3MX6(M为三价稀有金属,X代表F,Cl,Br和I),M元素掺入LiX结构中,基于离子密堆积规律,只有当阴阳离子满足一定条件,达到互相紧密排列时,卤化物SSEs的结构才是稳定的,大多数F化Li+导体(半径,F-=122pm)倾向于形成LiMF4相,M离子占据F-框架的立方位点(M3+/F->0.732,MF8立方结构),而氯化物(Cl?=167pm)、溴化物(Br?=182pm)和碘化物(I?=202pm)易形成Li3MX6型的超离子导体,M3+/X?的半径比介于0.414和0.732之间。

基于卤化物的化学组成A3MX6,研究人员已尝试合成室温下高离子传导率的卤化物SSEs,通过改变A位点的金属离子,可以合成Na+导体,改变M位点可以赋予卤化物SSEs不同的还原电位,另外调节X位点的卤化物阴离子可以获得不同氧化能力的卤化物SSEs(氧化性比较:F?>Cl?>Br?>I?),一般来说,具有ccp阴离子亚晶格的单斜晶系卤化物SSEs的离子传导率高于三方和斜方晶系(hcp阴离子亚晶格),如合成的Li3InCl6和Li3ScCl6的室温离子传导率分别高达2.02和3mScm?1;为了改善三方和斜方晶系卤化物SSEs的离子传导率,有以下几个策略:1)异价取代;2)调节阴离子位点排序;3)引入微应力和4)堆叠层错;另外,从电化学电压窗口来看,F基卤化物SSEs具有高的氧化稳定性和低还原稳定性,但也表现出低的离子传导率,通常,F和Cl化物SSEs适合匹配高电压过渡金属氧化物,而Br和I化物SSEs更适合用于Li-S和Li-O2电池;从价格和地壳丰富度方面来看,Y,La,Ce,Zr,Ti和Nb等元素更具实用。

大多数卤化物SSEs在空气下是易潮解的,研究人员通过热动力学分析多种三元卤化物的空气稳定性,证实In3+具有更好的抗湿度稳定性,另外,通过原位和operando同步辐射技术对Li3InCl6暴露在空气中的结构进行分析,表明部分Li3InCl6与H2O反应生成In2O3,LiCl和HCl物种,其余的Li3InCl6形成水合Li3InCl6·xH2O,进一步的研究表明Li3InCl6在?40℃的露点下的潮解速率显著降低,同时维持较好的离子传导率,此外通过原子层表面沉积Al2O3也可提高Li3InCl6的湿度稳定性。

为了大规模制备卤化物SSEs,采用一个经济有效、绿色且高通量制备的方法非常关键,目前,主要有三种制备方法:机械力化学、熔融和湿化学合成,机械法(如高能球磨)是一种非常简便的方法,通常得到无定形或低结晶度(或亚稳态)的卤化物SSEs,粒径分布范围窄,后续可通过退火改善结晶度;熔融法是将两种前驱体密封在安瓿瓶中,基于相图将其加热形成固溶体,通过小心地控制温度和时间可获得大晶粒;湿化学法可用来合成公斤级Li3InCl6,另外,氨辅助以及真空蒸发辅助法也可合成不同的卤化物SSEs,合成方法会极大地影响卤化物SSEs的离子传导率,寻找一个规模化制备高离子传导率的卤化物SSEs仍具有挑战。

得益于卤化物SSEs的高电压稳定性,可将其直接与高压过渡金属氧化物正极(如LiCoO2和LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2)接触,如Li3YCl6与LiCoO2的界面接触阻抗低至16.8Ωcm2,在100圈循环后的容量保持率高达98%,此外,卤化物SSEs也可与LiNi0.6Mn0.6Co0.2O2和LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2正极结合实现良好的循环性能,但卤化物SSEs在不同温度下的电化学性能尚未得到全面的研究;然而,卤化物SSEs与负极的界面通常是不稳定的,会发生界面反应,使SSE降解,因此,需要在Li负极和卤化物SSEs界面添加一个缓冲层,只形成离子传导的界面,除了Li负极,其它负极材料包括Si,Si-C复合物,Li4Ti5O12以及合金等也需进一步研究其与卤化物SSEs的界面相容性。

卤化物SSEs不仅可以用于全固态锂离子电池,也可用于全固态Li-S,全固态Li-Se,固态Li-O2电池以及全固态Na+电池,全固态Li-S电池的一个优点是避免了采用液态电解质导致的多硫化物穿梭效应,采用Na离子导体的Na2.25Y0.25Zr0.75Cl6的离子传导率在室温下高达0.066mScm?1,结合Na3PS4电解质和Na-Sn负极组装的全固态Na+电池在室温下可稳定循环1000圈,容量保持率为89.3%。

为了评估卤化物SSEs的实用化潜能,研究人员组装了LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NMC811)/卤化物SSEs/Li全固态软包电池,在高正极载量(4mAhcm?2)和薄电解质(30μm)的设计条件下,可获得400Whkg?1的能量密度,相应的体积能量密度高达990WhL?1;对于设计的Li-S电池,在高载量S正极下可实现500Whkg?1的能量密度,但体积能量密度较低,需要进一步提高S正极的压实来补偿。

总之,这篇综述详细讨论了卤化物SSEs的结构特性和设计原则,从成本效益和资源丰富度的角度确认其可行性,另外也总结合成卤化物SSEs的不同方法以及卤化物SSEs面临的主要挑战,最后,从实际应用的角度评估了卤化物SSEs基全固态Li+电池以及Li-S电池的能量密度。

在卤化物SSEs实用化之前,有一些关键的挑战需要被解决:

1)需结合先进的表征手段和理论计算深入研究结构-性能之间的关系,进一步开发具有更高离子导,更宽电化学窗口和化学稳定性的卤化物基快离子导体,例如氟化物固态电解质,从而可以结合高容量负极(Li,Si)和高电压正极(LiNi0.5Mn1.5O4和LiCoPO4);

2)同时,开发创新、经济可行和环境友好的合成路线对于卤化物SSE的成功商业化至关重要。采用低价的前驱体降低卤化物SSEs的价格也是关键。

3)开发本征高耐湿度的卤化物电解质也是个重要方向;

4)设计稳定的人工固态电解质界面层解决卤化物SSEs-负极界面不相容问题;

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发布人:ruoaygasdf 发布时间:2024-11-12