固态锂二次电池关键材料中的空间电荷层效应:原理和展望

空间电荷层效应源于两相界面电化学势平衡的热力学要求,最初被用于解释复合离子导体中离子电导率的显著增大现象,后来在更多的体系中得到应用和发展,并且不但可以定性而且可以定量地解释多种离子的界面输运行为。特别是在纳米尺寸体系中,体相效应大大减小,界面空间电荷层效应更为显著的增加,利用这一效应不仅可以调控电导的大小,还可以设计构筑具有奇异特性的人工导体。目前,固态锂二次电池的研究受到关注,其中电解质/电极界面或复合电极内部界面可能存在的空间电荷层效应也引起越来越多的重视。本文首先基于两相界面的缺陷化学,从热力学基础角度讨论了空间电荷层产生的原理,评述了典型导电体系中存在的空间电荷层效应及其对宏观性能的影响。在此基础上,探讨了固态锂二次电池中的空间电荷层效应、有关的表征方法,以及利用空间电荷层提高电池性能的可能。     

Sc/O掺杂硫化物固态电解质的制备及全固态电池性能北大核心CSCD

近年来,硫化物固态电解质凭借其高安全性、高离子电导率、较宽电化学窗口等诸多优点受到了人们的广泛关注。掺杂改性被认为是一种提高硫化物固态电解质电化学性能的有效方法。鉴于稀土元素具有独特的电子结构与功能特性,掺杂稀土元素已成为提升固态电解质的离子导电性和降低晶界阻抗的有效策略之一。本工作使用稀土元素化合物氧化钪(Sc_(2)O_(3))作为掺杂剂合成了一系列改性后的硫化物固态电解质。通过X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜以及色散能谱(EDS)等表征手段证明了Sc_(2)O_(3)的成功掺杂。通过使用交流阻抗法测试了其电导率,结果表明当Sc_(2)O_(3)的掺杂量为x=0.04时,Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl硫化物固态电解质显示出较高的离子电导率,可以达到3.17×10^(-3)S/cm。用Sc_(2)O_(3)掺杂量为x=0.04的硫化物固态电解质Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl组装锂-锂对称电池显示出0.95 mA/cm^(2)的高临界电流密度(CCD)和在0.1 mA/cm电流密度下超过300 h的稳定锂-锂对称电池循环过程。Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl基全固态电池显示出了249.03 mAh/g和191.2 mAh/g的首圈充放电比容量以及76.78%的首圈充放电效率,循环950圈后仍能保持123 mAh/g的放电比容量。即使在空气中暴露90 min后,Li_(6.08)P_(0.96)Sc_(0.04)S_(4.94)O_(0.06)Cl电解质仍能表现出较好的晶形结构和良好的全固态电池循环性能。本工作为提高Li6PS5Cl型硫化物固态电解质的电化学性能提供了新的思路。     

冠醚掺杂的聚合物固态电解质对全固态锂电池性能的影响北大核心CSCD

聚氧化乙烯(PEO)基固态电解质由于高的柔韧性、优异的加工性以及良好的界面兼容性等在全固态锂电池中极具应用前景,但其较低的室温离子电导率和较窄的电化学窗口限制了其高效应用。本工作采用溶液浇铸法将含有极性官能团的冠醚(15-C-5)分子分散在PEO/双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)基质中制备PEO/15-C-5聚合物固态电解质。重点探究冠醚含量对固态电解质中Li+传递的影响,同时对聚合固态电解质的形貌、力学性能、电化学性能进行系统研究。结果表明:10%15-C-5在PEO中分散性较好,可有效降低PEO的结晶度,进而提升PEO链段运动性,使其抗拉强度达1.83 MPa。15-C-5与锂离子间强的络合作用促进锂盐解离,同时对阴离子产生静电排斥,从而增强离子电导率并提高锂离子迁移数,30℃下离子电导率达到1.00×10^(-5)S/cm,60℃下锂离子迁移数达到0.42,分别是PEO电解质的4.5和1.9倍。另外冠醚与阴离子形成的静电排斥中心易捕获锂离子形成较为稳定的悬停位点,降低了PEO链段形成的O-Li络合活性位点促进C-O-C结构分解的可能性,从而提高PEO电解质的分解电压(从4.29 V到5.42 V)。与镍钴锰三元正极匹配的全固态锂电池展现出稳定的长循环性能,其在60℃、0.5 C的条件下初始放电比容量达到159 mAh/g,经100圈循环之后容量保持率达到89%。与磷酸铁锂正极匹配组装的全固态锂电池同样表现出优异的性能。     

固态锂离子传导氧化物中的点缺陷

固态电解质能有效地解决液态电解质存在的易燃、易泄漏及化学稳定性差等问题,然而,固态电解质的锂离子电导率（105～103 S/cm）显著低于液态电解质电导率（102 S/cm）,导致全固态锂离子电池的充放电性能比液态电池差。因此,进一步提高固态电解质的锂离子电导率成为改善全固态电池性能的关键,认知并调控材料中的点缺陷对于改善锂离子电导具有重要意义。本研究团队选用两种重要的固态锂离子传导氧化物材料：具有钙钛矿结构的Li3xLa2/3x□1/32xTiO3（0.04x0.16）和具有石榴石结构的Li7La3Zr2O12为研究对象,对其中存在的点缺陷及缺陷反应进行分析,并进一步阐述各种点缺陷对材料锂离子、氧离子和电子电导率的影响。     

可充电锌离子电池电解质的研究进展北大核心CSCD

锌离子电池以其低价、安全、高可用性、生态友好、易于制备等特点而受到了广泛的研究。作为连通锌离子电池其他部分的纽带,电解质与电化学性能的发挥有着重要关系。为了进一步具备应用的可能性,增强电解质对电池电化学性能的释放具有深刻的意义。尽管在电解质方面已经进行了诸多探索并取得了很多优秀的成果,然而对于锌离子电池电解质的一些问题仍然需要引起足够的关注。本文首先阐述了锌离子电池的一般原理。然后分别从水溶液电解质、有机溶液电解质、凝胶电解质、全固态电解质等四个方面回顾了锌离子电池各种电解质的研究进展。其中,水溶液电解质部分重点介绍了对应电解质存在的溶剂化问题、相关的改性策略及添加剂对电极稳定性的提升机理。有机溶液电解质部分阐述了电池电化学性能的提升。凝胶电解质部分说明了相关电解质的形成原理和其在柔性储能领域的应用。全固态电解质部分则对相应电解质的无液特性和本质导电优势进行了简要说明。最后,对各种电解质的发展近况进行了总结,并对未来可能进行的研究方向进行了展望。     

PEO基Li^(+)-g-C_(3)N_(4)复合固态电解质的制备及其电化学性能北大核心CSCD

利用g-C_(3)N_(4)表面丰富的官能团进行锂化,得到锂化氮化碳(L-g-C_(3)N_(4))材料,并以双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)为锂盐,聚环氧乙烯(PEO)为聚合物基体,采用流延-热压法制备Li^(+)-g-C_(3)N_(4)复合固态电解质。借助透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)、差示扫描量热法(DSC)、线性循环伏安(LSV)、直流极化曲线、交流阻抗谱以及充放电测试等手段对复合固态电解质进行表征和测试。对比分析相同质量分数g-C_(3)N_(4)复合固态电解质与L-g-C_(3)N_(4)复合固态电解质的电化学性能,同时对不同L-g-C_(3)N_(4)含量的复合固态电解质的电化学性能进行研究。结果表明,添加质量分数为10%L-g-C_(3)N_(4)的复合固态电解质在60℃时的离子电导率为3.95×10^(-4) S/cm,锂离子迁移数为0.639,电化学窗口为4.5 V以上。以复合固态电解质组装Li/LiFePO_(4)全固态电池,在60℃以0.5 C充放电,电池的首次放电比容量为163.76 mAh/g,循环80次后容量仍有160.10 mAh/g,容量保持率为97.8%。     

锆酸镧锂固态电解质合成过程多因素影响北大核心CSCD

本工作采用化学共沉淀方法合成石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固态电解质,借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、电化学阻抗谱分析等系统研究了制备过程中烧结工艺、球磨、Al元素掺杂及压片压力等参数对样品颗粒尺寸、立方相稳定、致密化行为以及最终固态电解质锂离子电导率的影响。研究结果表明,热压烧结或湿法球磨均有利于提高固态电解质片的致密度,但样品的最终离子电导率受晶相结构影响表现不佳,相比而言干法球磨、常压烧结能够很好地合成立方相c-LLZO且结构中的杂相随温度升高而减少。为了解决随温度升高产生的颗粒粗化问题,由两步烧结代替一步烧结获得小粒径、高致密度固态电解质,同时增强了Al掺杂离子的稳定结构作用。最终,干法球磨、经750 MPa冷压成型、1100℃×6 h^-1200℃×20 h两步烧结获得的Al掺杂LLZO电解质离子电导率最高,达1.52×10^(-4)S/cm,这是其稳定立方结构和高致密度形貌共同作用的结果。本研究有助于推动陶瓷材料的制备与应用,为固态电池技术研发提供指导。     

甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯在全固态电池中的应用北大核心CSCD

固态聚合物电解质作为全固态聚合物锂离子电池的核心材料,目前面临的主要难点是电导率低、电化学稳定性差等题。基于聚合物电解质的锂离子传输机理,采用甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯和聚氧化乙烯制备出多支链固态聚合物电解质(PMEA@SSE),并以聚氧化乙烯固态电解质(PEO@SSE)作为对比样,对PMEA@SSE进行了傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、电化学阻抗谱(EIS)、线性扫描伏安法(LSV)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)以及全固态电池循环等测试和分析。结果表明,与PEO@SSE相比,PMEA@SSE具有更高的离子电导率(0.13 mS/cm vs.0.018 mS/cm,测试温度30℃),更宽的电化学窗口(4.2 V vs.3.8 V),以及更好的全固态电池循环稳定性(77次vs.31次循环,80%容量保持率,60℃下测试,0.1 C倍率,3.0~4.2 V电压范围)。本工作表明,甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯部分替代聚氧化乙烯是一种改进聚氧化乙烯这一经典固态聚合物电解质材料的可行策略,将为后续固态聚合物电解质新材料的开发提供有益参考。     

钴掺杂二氧化铈基层状复合固态电解质的制备及其性能北大核心CSCD

开发具有高离子传导率和高力学性能的薄型固态电解质对于制备高性能全固态锂金属电池非常重要。本工作首先制备了钴掺杂的二氧化铈(Co^(2+)@CeO_(2))纳米片,后将其与聚氧化乙烯(PEO)混合通过真空抽滤制得厚度仅为32μm的Co^(2+)@CeO_(2)层状复合固态电解质(L-CSE)。富含氧空位的Co^(2+)@CeO_(2)纳米片在提高离子电导率和力学性能方面发挥了重要作用,同时PEO作为黏结剂确保了电解质与电极之间的紧密接触并且增强了其柔韧性。通过改变Co的掺杂量调控纳米片上氧空位含量,重点探究了氧空位含量对Li^(+)传递特性的影响,并对L-CSE的结构组成、力学性能和电化学性能进行了系统研究。结果表明:通过调控Co的掺杂量能够准确控制纳米片上氧空位的含量,且0.33Co^(2+)@CeO_(2)纳米片表面的氧空位含量最多。所制备的L-CSE具有良好的力学性能(弹性模量达到1.147 GPa);30℃下,L-CSE的离子传导率达到5.81×10^(-5) S/cm;60℃下Li^(+)迁移数达到0.59。同时由于电解质与锂负极间具有较好的界面稳定性,在0.7 mA/cm^(2)的高电流密度下,组装的锂对称电池能稳定运行40 h。此外,所组装的磷酸铁锂(LFP)/L-CSE/Li固态电池也表现出良好的循环稳定性和倍率性能,在60℃、0.5 C下,能够稳定循环200次,容量保持率为83.6%;在2 C放电倍率下,放电比容量能达到120.7 mAh/g。     

钠离子电池筛分型碳:缘起与进展北大核心CSCD

钠离子电池被广泛认为是锂离子电池在大规模储能应用领域的最佳补充甚至替代,硬碳是目前最具潜力的实用化负极材料,但硬碳负极低电位平台的产生机制仍存争议,且硬碳复杂的微纳结构与低电位平台的关联机制尚不明确,严重制约了钠离子电池的产业化进程。本工作首先概述了钠离子电池碳负极的研究进展与关键挑战,并分析探讨了设计理想碳负极的关键结构要素;其次介绍了本研究团队有关碳分子筛负极的研究进展,并基于碳分子筛提出了理想的碳负极模型——筛分型碳;最后重点论述了筛分型碳“樱桃小嘴、大腹便便”的孔结构特征及其对储钠机制和电化学性能的影响,明确提出了筛分型碳负极的理性设计原则,并对筛分型碳未来在钠离子电池产业化进程中所面临的机遇和挑战进行了简要的评述和探讨。     

多尺度模拟研究固体电解质界面北大核心CSCD

固体电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)是电池中“最重要也是最不被理解”的部分。可控合成性能优异的SEI是实现高能量密度电池的关键技术之一。但是,由于SEI的形成过程涉及到多个时间和空间尺度,并且涉及到多场耦合,导致SEI结构异常复杂。现有实验表征手段无法精确解析其微观结构和形成机制。近年来,高速发展的多尺度理论模拟,为理解和解析SEI结构提供了强有力的新手段。本文总结了近年来针对SEI研究发展出来的关键模拟技术,重点关注微-介观(<100 nm)尺度的理论模拟方法,特别是可以用于电化学模拟的量子化学方法、可用于大尺度化学反应模拟的反应力场方法以及数据驱动的机器学习模型等。这些新技术可以有效地解决传统模拟方法中存在的准确性低、时间尺度短以及空间尺度有限等问题,在可以预见的将来,在研究SEI形成的初始反应、动态演化以及功能预测等方面将发挥越来越重要的作用。随着计算机硬件水平的不断提升、理论模拟算法的稳步提高,多尺度理论模拟将为高能量密度电池的理论设计和智能制造提供强有力的理论基础。     

中性水系有机液流电池正极电解质的研究进展北大核心CSCD

中性水系有机液流电池是一种采用在中性条件下水溶性的有机电活性材料作为电解质,通过其可逆氧化还原过程实现能量的存储和释放的电化学储能技术,具有成本低廉、性能易于调控、操作安全性高等优势,在可再生能源的规模化并网和智能化分配方面显示出巨大的应用潜力。本文结合中性水系液流电池的研究现状,对基于二茂铁衍生物与TEMPO衍生物的正极电解质的发展现状、面临的主要挑战和未来发展方向进行了详细的综述和讨论,全面总结并比较了二茂铁衍生物与TEMPO衍生物的改性策略以及作为水系有机液流电池正极电解质的发展前景。相比之下,TEMPO衍生物在电极电势、溶解度、电池容量等方面都有着显著优势,被认为更具发展前景,但其长期循环稳定性略显不足。在已提出的诸多改性措施中,增大空间位阻与静电排斥是两大典型的策略。本文通过对TEMPO衍生物降解机理的分析总结,发现其降解主要是氮氧基键受到质子攻击断裂导致,笔者认为在TEMPO环上引入保护基团有望成为进一步提高其结构稳定性的新策略。     

钠金属负极人工界面保护层的研究进展北大核心CSCD

钠金属负极由于其高的比容量、低的氧化还原电位以及资源优势被认为是钠电池极佳的负极材料。然而,不稳定的固体电解质界面(SEI)以及钠枝晶生长问题严重阻碍了其实际应用。因此,采用适当的保护策略实现钠金属负极稳定及高效循环是非常必要的。通常在钠金属负极表面构建人工界面层不仅可以有效实现钠均匀沉积/剥离,而且可有效缓解钠金属负极在电化学过程中的体积变化以及抑制钠枝晶生长。为此,该综述归纳总结了人工界面层策略改善钠金属负极的研究进展。首先讨论了自发形成的SEI膜的基本性质,其存在稳定性差、韧性差、机械强度低等问题。针对此,提出构建无机、有机和无机-有机复合人工界面层保护钠金属负极,实现无枝晶钠沉积/剥离。含钠无机材料通常具有高剪切模量、耐腐蚀、结构稳定、高离子电导率等优点,但脆性大;有机材料通常具有结构可设计性、官能团多样性以及高机械韧性特点,但稳定性较弱;无机-有机复合保护膜结合了上述两者的优势,可构建综合性能优异的人工界面层。文中详细阐述了这三种人工界面膜的实施方法与改性效果。最后,建议对人工界面膜持续优化以及采用先进表征技术、理论计算和模拟等深入研究界面稳定性机理。     

ZIF-8复合PEO基固态电解质的制备与改性研究北大核心CSCD

在聚环氧乙烷(PEO)基固体聚合物电解质中加入无机填料,是一种低成本、有效改善其力学和电化学性能的方法。为了更有效地改善PEO基固态电解质的电化学性能,本工作采用流延法制备了纳米沸石咪唑骨架材料(ZIF-8)与聚氧化乙烯(PEO)复合的固态电解质。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等物理表征和电化学阻抗谱(EIS)、伏安线性扫描(LSV)、充放电循环等电化学测试手段,证明了加入20%ZIF-8纳米粒子的PEO基复合固态电解质CPE20具有最小的体电阻、较宽的电化学稳定窗口与最低的活化能(8.4×10^(-3)eV);20℃时,其电导率达到了4.9×10^(-5)S/cm(比纯PEO高一个数量级);70℃时,其电导率为1.08×10^(-3)S/cm(与液态电解液相当);CPE20的锂离子迁移数提高至0.46,而纯PEO基固态电解质为0.36;采用CPE20制备的LiFePO_(4)||Li电池在室温下具有良好的容量和循环性能,而且容量保持率超过96%。加入适量的惰性填料ZIF-8时,可以有效降低聚合物的结晶度,增加聚合物的非晶区,促进锂盐的溶解,提高锂离子的迁移率,使复合固态电解质具有更加优异的电化学性能。因此添加ZIF-8的PEO基固相聚合物在固态金属锂电池中具有广阔的应用前景。     

基于LO-RANSAC的锂电池极片表面痕类缺陷检测北大核心CSCD

针对锂电池极片表面的痕类缺陷检测准确率低、误检率和漏检率高的问题,提出了一种基于局部最优化的随机抽样一致性(locally optimized random sample consensus,LO-RANSAC)的痕类缺陷检测算法。首先,针对锂电池极片表面存在的椒盐噪声、大噪点多的问题,提出了一种改进的自适应中值滤波和基于连通域的滤波算法。其次,针对检测痕类缺陷准确率达不到预期以及误检率漏检率较高的问题,引入一种局部最优化的RANSAC算法。最后,给出了一种基于LO-RANSAC的痕类缺陷分类方法。实验结果表明:本文所提算法相较于标准RANSAC检测准确率提高了5.9%,相较于基于卷积神经网络算法准确率提高了15%,达到了98.2%;多种算法中本工作算法对于痕类缺陷的检测误检率和漏检率最低;平均检测速度较标准RANSAC算法提高了1.7倍,每秒钟检测的图片数量FPS(frame per second)达到12.49。本工作算法具有较高的检测准确率、较低的误检率及漏检率,检测速度达到实时检测要求,因此可满足锂电池极片表面的痕类缺陷检测需求,解决了锂电池极片表面痕类缺陷自动检测难题。     

锂镧锆氧(LLZO)基固态锂电池界面关键问题研究进展北大核心CSCD

与目前采用有机电解液的商业化锂离子电池相比,引入固体电解质的固态锂电池在同时提升电池能量密度和安全性方面具有巨大潜力,成为开发下一代锂电池的重点。在众多固体电解质材料中,石榴石型的锂镧锆氧(Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12),LLZO)凭借高锂离子电导率、优异的对锂稳定性和宽电化学窗口等优点受到广泛关注。然而,LLZO的引入带来诸多界面之间的突出问题,例如固固界面的物理接触、应力应变、电荷重新排布以及电化学稳定性等。这些问题不仅是影响电池性能的关键因素,而且带来了很多新的物理化学现象需要深入研究。因此,本文从LLZO基固体电解质与电极之间的外部界面和固体电解质及复合电极内部界面两个角度入手,依据本课题组多年的研究积累,结合领域内最新研究动态,详细讨论了:(1)LLZO基固体电解质粉体材料表面碳酸锂(Li_(2)CO_(3))的形成原因、对电化学性能的影响以及克服这一问题的手段;(2)LLZO基固体电解质层内部界面调控对锂离子电导率及电池电化学性能的影响;(3)LLZO/Li界面特性及Li在LLZO基陶瓷电解质中贯穿生长,深入探讨了诱导Li析出和生长的电场、电荷、应力应变等作用机制;(4)复合正极内部界面问题及其与电解质层外部接触界面的一体化构筑方法。希望通过本文对LLZO固态锂电池界面问题的关键科学和技术的分析总结,为构筑高导通高稳定界面,推动高性能固态锂电池发展提供思路。     

离子液体电解液的模拟计算方法及应用北大核心CSCD

电解液作为电化学储能系统的重要组成部分,是决定电池容量,支撑超级电容器储能、循环稳定性等特性的关键因素之一。离子液体作为一类新型软功能材料,因其高导电率、宽电化学窗口、良好的热稳定性、无显著蒸气压等特性,被广泛应用于电化学储能元件如锂电池、超级电容器等,逐步成为传统有机电解液最佳替代者之一。目前有关离子液体电解液的设计与研究大多采用实验测试法,其搜索范围大、成本高且难以从纳微水平精确获得对其动态结构、形成机理、作用机制等深刻认识。因此,本文综述了离子液体电解液在模拟计算方面的相关进展。首先根据不同的模拟尺度,介绍了用于离子液体电解液的3种模拟计算方法,并讨论了它们的优缺点。其次,按照离子液体在电解液中的不同组成部分,分别回顾了离子液体电池及超级电容器中的模拟研究现状。最后,讨论了离子液体电解液未来面临的挑战和发展方向,为电解液的模拟提供了新的研究思路。     

锂电池安全性多尺度研究策略:实验与模拟方法北大核心CSCD

作为新一代电化学储能体系,锂离子电池在消费电子产品、交通动力系统、电网储能等领域具有重要的应用价值。然而,在锂离子电池的商业化进程中,安全性事故时有发生,影响了锂离子电池的大规模应用。本文从电池安全性的三个研究尺度:材料、电芯、系统,综述了与之对应的重要研究方法,其中每个尺度均包括基于物理样品的实验方法和基于计算机数学模型的模拟方法。本文介绍了这些方法的基本原理,通过典型案例展示了这些方法在安全性研究中的适用场景和作用,并探讨了实验和模拟方法之间的联系,着重介绍了材料热分析、材料加热过程中结构分析、电芯加速度量热分析、电芯安全性数值模拟等方法。基于对多尺度研究策略的系统综述,认为安全性研究需要在各个尺度联合同步开展。最后,展望了下一代锂电池,如固态电池、锂金属电池等,可能面临的电池安全性问题。这些新体系的安全性研究仍处于早期,其材料和验证型电芯的安全性研究是当前阶段值得关注的重要课题。     

Mo,Al掺杂的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)基复合固态电解质的制备及全固态电池性能研究北大核心CSCD

通过固态电解质构建的全固态锂离子电池具有极高的安全性及可靠性,是目前锂离子电池领域的研究热点。其中复合固态电解质既改善了聚合物电解质力学性能差、离子电导率低等缺点又解决了无机固态电解质的界面接触等问题。本文通过溶胶-凝胶法制备了掺杂了Al、Mo的Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)粉体,并将其与PEO(聚环氧乙烷)复合,利用溶液浇筑法制备了不同比例的复合固态电解质,考察其在全固态电池中的性能。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)等测试手段对Li_(6.65)Al_(0.05)La_(3)Zr_(1.9)Mo_(0.1)O_(12)粉体以及复合固态电解质进行了材料表征。同时利用电化学工作站、电池充放电测试系统测试了复合固态电解质在全固态电池中的应用性能。与纯PEO电解质相比,复合15%Li_(6.65)Al_(0.05)La_(3)Zr_(1.9)Mo_(0.1)O_(12)的电解质电化学窗口为4.79V,可以在0.2mA/cm^(2)下稳定循环500h,在0.1C倍率下,循环100圈容量保持率为89.9%。     

高镍三元层状锂离子电池正极材料:研究进展、挑战及改善策略北大核心CSCD

随着锂离子电池在新能源汽车领域应用逐步扩大,续航里程成为制约新能源汽车发展的关键因素,提高锂离子电池的能量密度是解决续航焦虑的有效途径,高镍三元层状材料具有比容量高、成本低及安全性相对较好等优点,被认为是最具前景的高比能锂离子电池正极材料之一。然而,随着三元层状材料中镍含量提高,其循环稳定性和热稳定性显著下降。本工作回顾了锂离子电池正极材料的发展历程,分析了三元层状材料向高镍方向发展的必要性;基于高镍三元层状正极材料的研究现状对当前高镍三元层状材料存在的挑战进行了总结,从阳离子混排、结构退化、微裂纹、表面副反应、热稳定性多个方面综合分析了材料的失效机制;针对高镍三元层状材料存在的问题,综述了表面涂层、元素掺杂、单晶结构以及浓度梯度设计等方面的改性策略,重点探讨了各种改善策略的研究进展以及对高镍三元层状材料电化学性能的影响机理;最后归纳了上述改善策略的特点,基于单一改善策略的优势和不同改善策略的耦合效应,展望了高镍三元层状材料改善策略的发展方向,并提出了多重改善策略协同应用的可行性方案。