白瑩教授課題組在Advanced Science報道鋰離子電池界面離子輸運調控新進展

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LiTaO3壓電包覆層調控界面離子輸運示意圖

近期,我校物理與電子學院白瑩教授課題組在調控鋰離子電池界面離子輸運領域取得新進展,相關成果以“Local Electric-field-driven Fast Li Diffusion Kinetics at the Piezoelectric LiTaO3 Modified Li-rich Cathode-electrolyte Interphase”為題,以全文形式在《先進科學》(Advanced Science)上發表。我校碩士研究生司夢婷為論文第一作者,趙慧玲副教授和白瑩教授為論文共同通訊作者。

鋰離子電池由於具有能量密度大、輸出電壓高、循環壽命長、環境污染小等優點,在便攜式數碼電子產品中獲得瞭廣泛應用,在電動汽車、大型儲能、航空航天等領域具有廣闊的應用前景。然而,電極-電解質界面的結構穩定性和離子輸運特性成為阻礙其比能量、比功率、長壽命和安全性進一步提升的瓶頸。如何設計和構築穩定有效的界面層,改善界面的離子輸運行為,是鋰離子電池領域的一項挑戰。

在該研究工作中,白瑩課題組利用壓電材料獨特的壓力響應特性,將正極材料充放電過程中的“晶格呼吸”應力傳導至表面的壓電層,誘導電極-電解質界面處原位形成周期性變化的局域電場,獲得瞭相對於傳統惰性表面修飾材料“主動參與、主動作為”的功能化界面修飾層,在穩定界面結構的同時有效促進瞭界面離子輸運。該研究工作為設計和優化鋰離子電池固液界面、提升電池的綜合性能提供瞭新的研究思路和技術手段(DOI: 10.1002/advs.201902538)。

Advanced Science是Wiley旗下涵蓋材料科學、物理和化學、醫學和生命科學以及工程學基礎科學和應用科學的多學科領域的期刊,年發文量不足400篇,最新影響因子為15.804。

網址鏈接:https://doi.org/10.1002/advs.201902538

此外,面向下一代全固態鋰離子電池的研究和應用,白瑩課題組近期提出將固態電解質金屬陽離子梯度摻雜到活性電極表面,改善電極-電解質固固界面兼容性,優化界面的離子輸運行為,為全固態二次電池的發展提供瞭新的方案(Nanoscale, 2019, 11, 8967-8977; ACS Applied Materials & Interphases, 2019, 11, 16233-16242)。

網址鏈接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/nr/c9nr01655d#!divAbstract

網址鏈接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.9b02996

以上研究工作受到國傢自然科學基金面上項目、國傢重點研發計劃子課題、河南省教育廳科技創新團隊、河南省教育廳科技創新人才、河南大學傑出青年培育基金等經費的資助。