全固态锂离子电池的研究进展与挑战

全固态锂离子电池具有安全性高、电化学性能优异等优点,但存在电极与电解质界面相容性差、室温离子电导率低等问题。本文总结了以上问题产生的原因及解决方案。对于正极界面,可复合正极材料与固态电解质、构造三维多孔结构固态电解质或在界面处引入缓冲层。对于负极界面,可设计界面层、原位聚合生成固态电解质、构造固态电解质骨架或使用自愈合和弹性固态电解质。对于固态电解质自身,以聚氧化乙烯（PEO）固态聚合物电解质为例,可添加增塑剂、无机陶瓷填料或构造聚合物共混物与嵌段共聚物。最后,对今后的研究方向提出了建议：应注重优化电极/固态电解质界面层;探索锂离子传输机理;构建具有高离子电导率的固态电解质等。     

全固态锂离子电池技术进展及现状

锂离子电池电解质多为有机液体,易燃易爆、安全性差。用固态电解质制备的全固态锂离子电池,具有电化学窗口宽、能量密度大和安全性高等优点,是电动汽车和规模化储能应用的理想化学电源。本工作主要介绍了全固态电解质的电解质材料及电极/电解质界面调控与机理问题,为改善固/固界面相容性及降低界面阻抗方面提供解决方案。阐述了目前主流的正负极材料、全固态锂离子电池的设计及目前的专利申请状况,简要讨论了全固态锂离子电池面临的主要问题,并从产业应用角度展望了其应用现状和未来发展趋势,为从业者全面了解全固态电池的发展提供有利依据。     

固态锂电池正负极界面关键问题研究进展

采用具有优异热、电稳定性的固态电解质取代商用液态电解液，组装全固态锂离子电池被认为是解决电池安全问题的最优方案之一。然而，固态锂电池正负电极与电解质间的固-固界面依然存在接触性差、兼容性差以及离子传输不稳定等关键问题。为加快固态锂电池的研究与开发，分别对固态电池正极-电解质以及负极-电解质界面间的优化策略进行了综述，特别强调了固态电池内部稳定界面的重要性以及对电池性能的影响。     

体型无机全固态锂离子电池研究进展

体型无机全固态锂离子电池具有无安全隐患、使用温度范围广、能量密度高以及循环寿命长等优势,是未来锂离子电池的发展趋势,然而高性能全固态电池的制备仍然是研究中的难点和热点。围绕不同的制备方法,对体型无机全固态锂离子电池的结构设计、界面问题、容量性能、能量密度和循环性能的研究进展进行综述,并着重讨论了提高固态电解质综合性能、改善电极层与固态电解质层间界面问题以及合理设计电池结构的原则和方法。     

科学家研制出高比能、柔性全固态钠电池

正文章内容来源:材料专业服务系统、新材料智库原文发布日期:2020年3月19日近日,中国科学院大连化学物理研究所二维材料与能源器件研究组研究员吴忠帅团队与中国科学技术大学教授余彦团队、中科院宁波材料技术与工程研究所研究员姚霞银团队合作,构筑了聚合物固态电解质和正极材料的一体化集成系统,有效降低了固固界面阻抗,显著提高了电子、离子和电荷的传输效率,研制出高比能、柔性的全固态钠电池。     

锂电池固态电解质新材料问世

近日,丰田中央研发实验室开发了一种有望用于高功率和高能量的全固态锂离子电池的固体电解质新材料。该材料用于正极为钴酸锂、负极为锂单质的锂离子电池时,具有优异的充放电性能和循环性能。全固态锂离子电池以传统固体氧化物作电解质时,比有机电解液和固体硫化物中的离子电导率低很多。该电解质不仅有高的化学稳定性和宽的电化学窗口,而且在室温下的离子电导率比有机电解液的电导率还高出两个数量级。该固体电解质与正极不会发生副反应和材料剥离,且界面阻抗能低到和普通的液态锂离子电池接近,但界面阻抗的活化能小很多。     

固态无机电解质Li7La3Zr2O12的改性研究进展

作为一种固态无机电解质材料,石榴石型立方相Li₇La₃Zr₂O₁₂具有较高的室温锂离子电导率、较宽的电化学窗口和优良的热稳定性等特点,是高安全性、高能量密度固态锂离子电池实现商业化应用的关键。阐述了Li₇La₃Zr₂O₁₂的晶体结构与锂传导机理,综述了元素掺杂、聚合物电解质复合、烧结助剂引入、表面包覆或修饰等方式对Li₇La₃Zr₂O₁₂的物相结构稳定性、界面阻抗与相容性、烧结活性、离子电导率等进行改性的最新研究进展。最后,针对Li₇La₃Zr₂O₁₂在产业化应用中所面临的障碍与挑战,提出了制备新工艺的开发、离子电导率的多重改性以及柔性复合电解质膜的结构设计与优化等应对策略,为推动高性能固态锂离子电池的发展提供依据。     

磷酸钛铝锂基全固态金属锂电池界面稳定性研究

采用固体电解质代替具有可燃性的液态电解液可有效解决当今锂离子电池的安全问题。然而,固态电池中的电极/电解质的固-固接触通常具有较大的界面阻抗,从而导致电池极化增加。采用聚偏氟乙烯(PVDF)基固体电解质作为正负极界面缓冲层,可有效地解决固体电解质与电极的高界面阻抗问题,使正极界面单位面积阻抗从1 716Ω/cm²降至213Ω/cm²。在负极处,PVDF可提供良好的弹性支撑,使负极界面单位面积阻抗从1 135Ω/cm²降至109Ω/cm²。此外,金属锂对称电池的直流极化测试表明,经过PVDF修饰后负极界面稳定性显著提高。最后,组装的钴酸锂/金属锂软包电池,正负极界面均经PVDF修饰后,电池能量密度可达到336 W·h/kg。1C条件下循环300次后,容量保持率可从30.7%提升至83.3%。     

锂电池有机-无机复合固态电解质研究进展

有机-无机复合固态电解质是锂离子电池材料的研究热点,由于其兼有聚合物与无机电解质的优点而有望成为下一代全固态锂离子电池的重要组成部分。在这篇综述中,以不同种类的无机填料为依据,总结了常见的复合电解质研究形式,对其最新进展进行了综述。从工作的新颖性、性能提升和实用性等方面考察,对最新研究的不同种类无机填料对复合电解质性能的影响做了分析。     

全固态锂电池关键材料—固态电解质研究进展

全固态锂电池具有能量密度高、循环寿命长和高安全性等优点,成为当前的研究热点。固态电解质是全固态锂电池的核心,主要包括氧化物、硫化物、聚合物以及复合型固态电解质。当前,发展全固态锂电池的关键是设计和制备具有高离子电导率的固态电解质,解决固态电解质与电极间的固–固界面问题。本文综述了全固态锂电池固态电解质以及固态电解质与电极间固–固界面的稳定兼容问题的最新进展,并展望了未来全固态锂电池的研究重点和发展方向。     

应用于锂离子电池的无机晶态固体电解质导电性能研究进展

固体电解质是电解质材料的一个重要种类,利用固体电解质组装全固态电池是解决锂离子电池安全性差,能量密度低等问题的有效方法。围绕着几类重要的无机晶态固体电解质,包括：钙钛矿型、钠快离子导体型(NASICON)、锂快离子导体型(LISICON)、硫代–锂快离子导体型(thio-LISICON)、石榴石型,对晶体结构、合成工艺及其与电极材料匹配性能的研究进展进行综述,并着重讨论了无机晶态固体电解质应用于锂离子电池的导电机理以及提高离子电导率的原则与方法。     

固态金属锂负极界面研究进展

开发下一代高安全性、高能量密度电池是电动汽车、可穿戴便携电子设备与可再生能源高效利用的关键。固态金属锂电池是极有希望的下一代电池体系。本文首先综述了固态电解质与界面特性,包括固态电解质中的离子传输机理和固态电解质分类,指出金属锂电极与固态电解质之间有限的固-固界面接触是固态金属锂电池实用化的重要挑战,其界面演变特性主导了固态电池的性能表现。界面演变是机械-化学-电化学耦合的过程。其次,文章综述了电池界面失效机制与构筑策略,指出界面失效包括枝晶状沉积引发的电池短路与空穴累积、副反应导致的电化学界面脱触等,使用界面润湿剂、引入界面缓冲层或构造三维多孔骨架结构化电极等是解决界面问题的重要手段。最后,文章总结指出,固态金属锂电池仍有巨大的进步空间,先进的理论研究和表征手段为进一步认识和理解固-固界面提供了新的机遇,通过界面化学、材料科学、系统工程等领域的交叉共融,有望共同推动下一代高安全、高能量密度固态储能技术的发展。     

锂离子电池中有机-无机复合固态电解质的研究进展

在新一代储能领域中,相比于传统的有机液态电池,全固态电池具有安全性高、能量密度高和循环寿命长等优势,对其电解质的研究更是关注的重点.有机-无机复合固态电解质结合了无机固态电解质高强度、高稳定性、高离子电导率与聚合物固态电解质的质软、易加工的优势,是目前最有潜力的电解质体系.对锂离子固态电解质的基础进行了简介,并着重对有...     

锂离子电池固态电解质的研究进展

固态锂离子电池具有安全性能高、能量密度大、工作温区广等优点,是锂离子电池领域的研究热点。固体电解质的研究是固态锂离子电池实现应用的先决条件,目前国内外研究较多的有晶态的LISICON结构、钙钛矿结构、石榴石结构电解质和非晶态的氧化物、硫化物、氮氧化物电解质。概述了锂离子电池固态电解质的研究进展,对各种电解质的发现过程、晶体结构、电导率等性能进行了详细的介绍。     

锂离子电池固态电解质的研究进展

固态锂离子电池具有安全性能高、能量密度大、工作温区广等优点,是锂离子电池领域的研究热点。固体电解质的研究是固态锂离子电池实现应用的先决条件,目前国内外研究较多的有晶态的LISICON结构、钙钛矿结构、石榴石结构电解质和非晶态的氧化物、硫化物、氮氧化物电解质。概述了锂离子电池固态电解质的研究进展,对各种电解质的发现过程、晶体结构、电导率等性能进行了详细的介绍。     

全固态电池用硫系玻璃电解质材料研究进展

综述了锂/钠离子硫系玻璃或玻璃陶瓷电解质材料的最新研究进展,总结了基于硫系玻璃电解质材料的全固态电池应用中存在的与电极材料界面稳定性、固–固界面接触性以及锂穿刺等关键技术问题,并展望了新型硫系玻璃/玻璃陶瓷电解质材料关键技术研发策略和全固态电池应用探索的发展方向。     

全固态电池用硫系玻璃电解质材料研究进展EI北大核心CSCD

综述了锂/钠离子硫系玻璃或玻璃陶瓷电解质材料的最新研究进展,总结了基于硫系玻璃电解质材料的全固态电池应用中存在的与电极材料界面稳定性、固–固界面接触性以及锂穿刺等关键技术问题,并展望了新型硫系玻璃/玻璃陶瓷电解质材料关键技术研发策略和全固态电池应用探索的发展方向。     

全固态薄膜锂离子电池

能源短缺及以雾霾为代表的环境问题,使人们更加重视新能源技术。随着新能源汽车的兴起,锂离子电池越来越受到关注。相对于液态锂离子电池,全固态锂离子薄膜电池由于安全性更高等优点,日益受到重视。本文详细介绍了全固态锂离子薄膜电池的工作原理及特点。进一步从全固态薄膜锂离子电池的固态电解质与正负极材料两方面对其国际上具有代表性的研究进展进行阐述。最后,对全固态薄膜锂离子电池的应用前景进行展望,并提出了为实现其大规模商业化应用所需解决的科学与技术问题。     

锂电池固态电解质新材料问世

近日,丰田中央研发实验室开发了一种有望用于高功率和高能量的全固态锂离子电池的固体电解质新材料。该材料用于正极为钴酸锂、负极为锂单质的锂离子电池时,具有优异的充放电性能和循环性能。     

蚕丝/聚氧化乙烯复合固态聚合物电解质

以天然蚕丝为骨架支撑材料,将聚氧化乙烯(PEO)和锂盐溶液浇铸在蚕丝上干燥成膜,制备得到蚕丝/PEO复合固态聚合物电解质(Silk-PEO-SPE)。通过FTIR、电子拉力机、同步热分析仪、电化学窗口测试、电导率测试对固态聚合物电解质进行了结构和性能表征,并以磷酸铁锂为正极,金属锂为负极组装全固态电池,测试了电池的充放电性能。结果表明,与传统PEO固态聚合物电解质相比,复合固态聚合物具有较好的机械强度(达到10 MPa)和优异的电化学窗口(达到4.6 V),以该电解质组装的全固态锂电池在60℃、1 C电流密度下放电比容量达到113 mA·h/g,循环100次容量保持率达到97%,显示出较优异的循环稳定性。