充電機(jī)充電鋰電池基底上鋰鈉合金的通用焊接方法有哪些？
2017-10-12 9:27:37??????點(diǎn)擊：
【導(dǎo)言】
充電機(jī)充電金屬鋰電池由于其最低的還原電勢(shì)和超高的理論比容量，在未來能量貯存范疇中有寬廣的運(yùn)用遠(yuǎn)景。但是，鋰枝晶成長以及液體有機(jī)電解質(zhì)的易燃性等問題，嚴(yán)重威脅了充電機(jī)充電金屬鋰電池的安全運(yùn)用。因而其間最有用的戰(zhàn)略是運(yùn)用不易燃且機(jī)械強(qiáng)度杰出的固態(tài)電解質(zhì)(solid-state electrolytes, SSEs)，以此按捺鋰枝晶的成長。
在如此很多的SSEs當(dāng)中，立方石榴石相SSEs優(yōu)勢(shì)明顯，由于其具有杰出化學(xué)穩(wěn)定性、高離子導(dǎo)電率和寬電化學(xué)電勢(shì)窗口。運(yùn)用石榴石基固態(tài)充電機(jī)充電金屬鋰電池的一個(gè)首要挑戰(zhàn)是，石榴石固態(tài)電解質(zhì)和電極材料之間外表觸摸非常欠好。金屬鋰和石榴石陶瓷片之間的直觸摸摸一般會(huì)形成觸摸不良以及較大的外表阻抗，經(jīng)過增加聚合物界面或許施壓，界面將有所改善，但阻抗仍然非常高。
【效果簡介】
近日，來自馬里蘭大學(xué)的胡良兵副教授在著名期刊Advanced Energy Materials上發(fā)表了題為”Universal Soldering of Lithium and Sodium Alloys on Various Substrates for Batteries”的論文，榜首作者為王成威博士，一起榜首作者為在讀博士生謝華。該文章報(bào)導(dǎo)了一種通用焊接技能，能夠快速地將熔融的金屬鋰或金屬鈉涂覆在不同的基底上用于固態(tài)充電機(jī)充電蓄電池和其他運(yùn)用范疇。經(jīng)過增加合金成分，熔融鋰的外表能和粘性都增加了。富鋰的熔融合金在陶瓷、金屬和聚合物等基底上展現(xiàn)了杰出的浸潤性。將該焊接涂覆技能運(yùn)用于固態(tài)充電機(jī)充電蓄電池中時(shí)，熔融的鋰錫合金在10秒內(nèi)成功涂覆在剛打磨完的石榴石陶瓷片上，如快速的焊接進(jìn)程一般。SEM圖證明了合金和石榴石外表的嚴(yán)密觸摸，其界面阻抗只要7Ω cm2。鋰的嵌入-脫出循環(huán)測(cè)驗(yàn)證明了富鋰合金負(fù)極和石榴石SSEs界面觸摸的穩(wěn)定性。相同的浸潤性現(xiàn)象在鈉基熔融合金和鈉錫合金運(yùn)用于氧化鋁基底上時(shí)亦有觀測(cè)。
【圖文導(dǎo)讀】
焊接鋰以及鋰合金在基底上的示意圖
a) 純?nèi)廴阡囋诠腆w基底上浸潤性很低；
b) 鋰合金能夠容易焊接在基底上有更好的觸摸。
鋰錫合金在陶瓷基底上的浸潤性
a) 在氧化鋁基底上不同錫份額的鋰錫合金的浸潤性；
b) 鋰錫合金有用地熔接在石榴石SSE陶瓷片上；
c) /d) 不同分辨率下鋰錫合金的SEM截面圖。
固態(tài)對(duì)稱充電機(jī)充電蓄電池的電化學(xué)測(cè)驗(yàn)。
a) EIS阻抗圖；
b) 循環(huán)前和循環(huán)進(jìn)程中的EIS阻抗圖；
c) 鋰錫/石榴石/鋰錫對(duì)稱充電機(jī)充電蓄電池在嵌入-脫出循環(huán)中的電壓分布圖。
嵌鋰-脫鋰進(jìn)程中鋰錫/石榴石/鋰錫對(duì)稱充電機(jī)充電蓄電池的形狀和外表表征。
a) 對(duì)稱充電機(jī)充電蓄電池的示意圖；
b) 鋰錫合金涂覆石榴石前的SEM截面圖；
c) 鋰錫合金涂覆石榴石后再嵌鋰的SEM截面圖；
d) c圖中的EDS圖；
e) 鋰錫合金涂覆石榴石前的SEM截面圖；
f) 鋰錫合金涂覆石榴石后再脫鋰的SEM截面圖；
g) f圖中的EDS圖。
不同基底上熔接的合金
a) 有杰出浸潤性的二元合金XRD圖；
熔融鋰熔接在b)鈦箔和c)聚酰亞胺薄膜上；
d) 熔融鈉在氧化鋁基底上；
熔融鋰錫合金涂覆在e)鈦箔和f)聚酰亞胺薄膜上；
g) 熔融鈉錫合金熔接在氧化鋁基底上。
【小結(jié)】
經(jīng)過在熔融鋰和鈉中增加合金成分，進(jìn)行了外表能和負(fù)極粘性的調(diào)控，因而能夠直接熔接合金在不同的基底上。鋰錫合金能夠在10s內(nèi)熔接在石榴石SSEs的外表并有杰出的嚴(yán)密觸摸。這種合金能有用削減石榴石相SSE的外表阻抗直至7Ωcm2。電化學(xué)測(cè)驗(yàn)證明了外表和合金電極在長期和高容量測(cè)驗(yàn)中的穩(wěn)定性。為了探究該合金基熔接技能的用處廣泛性，其他鋰二元合金亦有研討，在金屬、陶瓷和聚合物基底上也展現(xiàn)了相似的浸潤性。并且，該熔接技能能夠遷移到熔融鈉合金系統(tǒng)中，鈉錫合金也被成功涂覆在氧化鋁基底上。
充電機(jī)充電金屬鋰電池由于其最低的還原電勢(shì)和超高的理論比容量，在未來能量貯存范疇中有寬廣的運(yùn)用遠(yuǎn)景。但是，鋰枝晶成長以及液體有機(jī)電解質(zhì)的易燃性等問題，嚴(yán)重威脅了充電機(jī)充電金屬鋰電池的安全運(yùn)用。因而其間最有用的戰(zhàn)略是運(yùn)用不易燃且機(jī)械強(qiáng)度杰出的固態(tài)電解質(zhì)(solid-state electrolytes, SSEs)，以此按捺鋰枝晶的成長。
在如此很多的SSEs當(dāng)中，立方石榴石相SSEs優(yōu)勢(shì)明顯，由于其具有杰出化學(xué)穩(wěn)定性、高離子導(dǎo)電率和寬電化學(xué)電勢(shì)窗口。運(yùn)用石榴石基固態(tài)充電機(jī)充電金屬鋰電池的一個(gè)首要挑戰(zhàn)是，石榴石固態(tài)電解質(zhì)和電極材料之間外表觸摸非常欠好。金屬鋰和石榴石陶瓷片之間的直觸摸摸一般會(huì)形成觸摸不良以及較大的外表阻抗，經(jīng)過增加聚合物界面或許施壓，界面將有所改善，但阻抗仍然非常高。
【效果簡介】
近日，來自馬里蘭大學(xué)的胡良兵副教授在著名期刊Advanced Energy Materials上發(fā)表了題為”Universal Soldering of Lithium and Sodium Alloys on Various Substrates for Batteries”的論文，榜首作者為王成威博士，一起榜首作者為在讀博士生謝華。該文章報(bào)導(dǎo)了一種通用焊接技能，能夠快速地將熔融的金屬鋰或金屬鈉涂覆在不同的基底上用于固態(tài)充電機(jī)充電蓄電池和其他運(yùn)用范疇。經(jīng)過增加合金成分，熔融鋰的外表能和粘性都增加了。富鋰的熔融合金在陶瓷、金屬和聚合物等基底上展現(xiàn)了杰出的浸潤性。將該焊接涂覆技能運(yùn)用于固態(tài)充電機(jī)充電蓄電池中時(shí)，熔融的鋰錫合金在10秒內(nèi)成功涂覆在剛打磨完的石榴石陶瓷片上，如快速的焊接進(jìn)程一般。SEM圖證明了合金和石榴石外表的嚴(yán)密觸摸，其界面阻抗只要7Ω cm2。鋰的嵌入-脫出循環(huán)測(cè)驗(yàn)證明了富鋰合金負(fù)極和石榴石SSEs界面觸摸的穩(wěn)定性。相同的浸潤性現(xiàn)象在鈉基熔融合金和鈉錫合金運(yùn)用于氧化鋁基底上時(shí)亦有觀測(cè)。
【圖文導(dǎo)讀】
焊接鋰以及鋰合金在基底上的示意圖
a) 純?nèi)廴阡囋诠腆w基底上浸潤性很低；
b) 鋰合金能夠容易焊接在基底上有更好的觸摸。
鋰錫合金在陶瓷基底上的浸潤性
a) 在氧化鋁基底上不同錫份額的鋰錫合金的浸潤性；
b) 鋰錫合金有用地熔接在石榴石SSE陶瓷片上；
c) /d) 不同分辨率下鋰錫合金的SEM截面圖。
固態(tài)對(duì)稱充電機(jī)充電蓄電池的電化學(xué)測(cè)驗(yàn)。
a) EIS阻抗圖；
b) 循環(huán)前和循環(huán)進(jìn)程中的EIS阻抗圖；
c) 鋰錫/石榴石/鋰錫對(duì)稱充電機(jī)充電蓄電池在嵌入-脫出循環(huán)中的電壓分布圖。
嵌鋰-脫鋰進(jìn)程中鋰錫/石榴石/鋰錫對(duì)稱充電機(jī)充電蓄電池的形狀和外表表征。
a) 對(duì)稱充電機(jī)充電蓄電池的示意圖；
b) 鋰錫合金涂覆石榴石前的SEM截面圖；
c) 鋰錫合金涂覆石榴石后再嵌鋰的SEM截面圖；
d) c圖中的EDS圖；
e) 鋰錫合金涂覆石榴石前的SEM截面圖；
f) 鋰錫合金涂覆石榴石后再脫鋰的SEM截面圖；
g) f圖中的EDS圖。
不同基底上熔接的合金
a) 有杰出浸潤性的二元合金XRD圖；
熔融鋰熔接在b)鈦箔和c)聚酰亞胺薄膜上；
d) 熔融鈉在氧化鋁基底上；
熔融鋰錫合金涂覆在e)鈦箔和f)聚酰亞胺薄膜上；
g) 熔融鈉錫合金熔接在氧化鋁基底上。
【小結(jié)】
經(jīng)過在熔融鋰和鈉中增加合金成分，進(jìn)行了外表能和負(fù)極粘性的調(diào)控，因而能夠直接熔接合金在不同的基底上。鋰錫合金能夠在10s內(nèi)熔接在石榴石SSEs的外表并有杰出的嚴(yán)密觸摸。這種合金能有用削減石榴石相SSE的外表阻抗直至7Ωcm2。電化學(xué)測(cè)驗(yàn)證明了外表和合金電極在長期和高容量測(cè)驗(yàn)中的穩(wěn)定性。為了探究該合金基熔接技能的用處廣泛性，其他鋰二元合金亦有研討，在金屬、陶瓷和聚合物基底上也展現(xiàn)了相似的浸潤性。并且，該熔接技能能夠遷移到熔融鈉合金系統(tǒng)中，鈉錫合金也被成功涂覆在氧化鋁基底上。
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