謝建德老師團隊 下世代電動汽車的動力核心--複合固態電解質開發 謝建德 宋柏佑
謝建德老師團隊 下世代電動汽車的動力核心--複合固態電解質開發
(a)自製合成金屬摻雜的鈉超離子導體陶瓷粉末、(b)金屬摻雜均勻分布於鈉超離子導體陶瓷粉末、固態電池選用自製CSE之(c)充放電曲線圖及(d)600圈之電容量維持率/庫倫效率圖。png
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傳統鋰離子電池(Lithium-ion Battery)的主要挑戰之一是電解液在充放電過程中引發的安全性問題，由於電解液易燃，這使得電池容易受到火災風險的威脅，且生成的鋰枝晶可能穿刺隔膜，引發短路甚至熱失控。為了克服這些問題，我們在這項研究中開發了一種應用於鋰離子電池的高性能複合固態電解質(Composite Solid Electrolytes，CSEs)，該CSE包含金屬離子摻雜的鈉超離子導體(NASICON)陶瓷粉末、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)以及雙(三氟甲基磺醯)氨基鋰(LiTFSI)。調整關鍵參數，如陶瓷粉末比例、CSE厚度和導電碳含量，旨在提高電池的比容量、電化學穩定性和高倍率充放電性能，並利用金屬摻雜陶瓷顆粒，進一步提升了電化學性能和循環穩定性。經過600次循環充放電測試後，電池表現出高比容量(約151.6 mAh g-1)、低電極極化(約0.26 V)、出色的循環穩定性(容量維持率：87.59%)和倍率性能(> 3C)，優化後的CSE層在環境溫度下具有高達2.66 × 10-4 S cm-1的離子導電度。這項研究中展示的CSEs的優異電化學性能主要歸因於以下因素：(i)磷酸鋰鐵正極中沒有鐵溶解、(ii)固體電解質界面層均勻生成及(iii)在長時間循環期間，沒有大量鋰枝晶的生長，本研究建立的用於設計NASICON結構陶瓷奈米顆粒的高性能CSE的框架，可用於創建導電離子通道，以促進電解質內的鋰離子傳輸，同時減輕鋰金屬對電解質/電極界面的電阻。