LLZO-PPC-Li固态锂离子电池层状结构关键界面力-电化学耦合行为实验研究
批准号:
12072229
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
李传崴
依托单位:
学科分类:
实验固体力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
李传崴
中文摘要
本项目拟对LLZO固态电解质-柔性PPC薄膜-锂负极(LLZO-PPC-Li)层状半电池结构在充放电过程中的界面力电化学耦合行为开展研究。设计和搭建在线太赫兹时域光谱/光学成像多物理参数协同实验表征系统,拟实现对LLZO-PPC-Li层状半电池结构进行多物理量的在线同步测量,表征电极的体积应变、应力、层状结构的界面阻抗、固态电解质的电导率以及半电池结构的多周期库伦效率衰减率等多种力学和电化学参数。通过PPC柔性过渡层和LLZO、Li金属的层间界面力学实验,分析其层间界面强度、损伤模式和损伤演化规律。建立PPC柔性过渡层的应变/应力传递模型,系统研究界面力学行为和界面锂离子传输的双向作用机制,进而揭示LLZO-PPC-Li结构的力学-电化学耦合失效机理,为未来深入研究全固态锂离子电池提供实验支持和技术储备。
英文摘要
The project aims to investigate the mechanical-/electrochemical coupling behavior of interfaces in LLZO solid electrolyte-compliant PPC thin film-Li metal anode laminate structures. THz-TDS system coupled with DIC imaging system is planned to be established to realize in operando measurements for multi-physical parameters of the LLZO-PPC-Li specimen, including the volumetric strain and the stress of Li metal, the interface impedance, the conductivity of the LLZO solid electrolyte as well as the coulombic efficiency during the lithiation/delithiation procedures.Through interfacial experiments between the three layers, the interfacial strength, the damage mode and the damage evolution can be analyzed.The strain/stress transfer model of the PPC compliant thin film is to be established to systematically investigate the coupling behavior between the interfacial mechanics and the Li ion transmission, revealing the failure mechanism of the LLZO-PPC-Li structure.
全固态锂金属电池因其具有高能量密度、高安全性能和灵活的可设计性等优点,被认为是未来最具潜力的高性能动力电池之一。近年来,全固态锂金属电池的研发有了长足的进展,但鉴于全固态电池技术的复杂性,我们仍然未能真正实现量产,现有的全固态锂金属电池仍停留在实验室水平。由于全固态电池的电极和电解质通过固-固接触导通,因此其相对于传统锂电池所特有的力学界面对电池性能和寿命有着重要影响,固态电池“界面软肋”成为了制约其发展的关键因素。.针对这一“软肋”,项目发展了先进实验力学方法和技术,对立项时提出的目标开展研究,具体包括以下四方面内容:(1)研发了面向全固态锂金属电池的实验测量系统和平台;(2)对全固态层状锂金属电池充放电过程中的力学、电化学关键参数进行在线表征;(3)薄膜集流体-锂金属层-固态电解质层状结构关键双界面的力学-电化学耦合机理理论和实验研究;(4)全固态锂金属电池中陶瓷电解质内部及电解质/集流体薄膜界面处的锂离子输运与沉积的动力学过程及疲劳力学与损伤行为研究。.围绕上述研究内容,项目取得了如下重要进展和结果:项目发展了一种基于在线太赫兹光谱/光测实验力学的协同在线无损检测方法和表征技术,设计了具备面内双轴载荷和轴向堆叠载荷驱动传感一体功能的全固态电池原位电解池。实验表征了锂离子传输时固态电解质的变形规律,揭示了锂离子传输路径诱发的变形效应;建立了固态电解质内部锂枝晶沿晶界生长的力-电化学耦合分析模型和固态电解质多孔结构的无量纲模量实验测量模型,研究了固态电解质充放电过程中的衰减效应。建立了薄膜集流体-锂金属层-固态电解质层状结构界面力学-电化学耦合模型,提出了影响锂沉积模式的多种力学和电化学因素,得到了力学-电化学相互作用机制对无负极锂金属全固态电池性能的影响规律。.项目成果为发展新一代全固态锂金属电池提供了有效研发思路和一定的技术储备,具有积极的科学意义和潜在工程应用价值。
LLZO-PPC-Li固态锂离子电池层状结构关键界面力-电化学耦合行为实验研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:62万元
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批准年份:2020
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负责人:李传崴
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依托单位:
硅薄膜电极充放电形态和微裂纹演化机理的实验研究
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批准号:11602167
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2016
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负责人:李传崴
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依托单位:
国内基金
海外基金