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...     

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。     

功能硅烷在有机-无机复合固态电解质中的应用研究进展

有机-无机复合固态电解质不仅具有聚合物电解质的柔韧性和界面相容性,还能显著提高离子传导性和力学性能。然而,构建良好的填料/聚合物分散体系是制备此类复合电解质的难点,设计新型有强相互作用的功能化填料以调控界面渗流结构也面临巨大挑战。通过功能硅烷对无机填料进行化学键联改性或原位合成是解决无机填料与聚合物间分散性和界面相容性问题的有效策略。本文综述了在复合固态电解质中利用功能硅烷对无机填料进行表面改性和原位合成、功能硅烷作为复合固态电解质的交联中心和制备离子胶类复合固态电解质四方面的研究进展,重点阐述了硅烷功能化填料与固态电解质结构和性能之间的关系。最后对功能硅烷在有机-无机复合固态电解质中的应用研究进行了总结和展望。     

Li+电池固态聚合物电解质研究进展

固态聚合物电解质具有高安全性、高成膜性和黏弹性等优点,并与电极具有良好的接触性和相容性,是实现高安全性和高能量密度固态Li⁺电池的重要电解质体系。然而聚合物电解质室温离子电导率较低（10^-8~10^-6 S·cm^-1）,不能满足固态聚合物电池在常温运行的需求。因此,在提高离子电导率、机械强度和电化学稳定性等本征属性的基础上,同时探究改善电解质/电极的界面处及电极内部的离子输运是研发固态聚合物Li⁺电池面临的关键问题。主要从改性聚合物电解质用以提高Li⁺电池电化学性能的角度出发,综述了凝胶聚合物电解质、全固态聚合物电解质和复合固态电解质中的离子输运机制及其关键参数,总结了近年来聚合物电解质的最新研究进展和未来的发展方向。     

基于复合型固态电解质无机相填料材料的研究进展

在包含锂盐和聚合物的固态聚合物电解质体系中,无机纳米材料通常用作填充材料,以改善电解质的电化学性能和结构稳定性.然而,这种复合型固态电解质通常具有低室温离子电导率.因此,无机材料的种类和几何形状的优化是进一步提高复合电解质导电性的关键.本文对现有的无机填料种类及其衍生物进行简单介绍,分析了在复合型固态电解质中离子传导原...     

共价有机框架型固态电解质研究进展

共价有机框架材料（COFs）因其结构单元多样性、拓扑结构、有序孔道结构等特点在气体吸附、催化、光电等领域得到广泛的应用。近些年来,基于COFs材料的有序孔道和易于功能化修饰的特性,COFs材料在固态电解质领域展现出巨大的潜力。本文主要总结了近十年来COFs型固态电解质的研究进展,包括聚合物链段-COFs型、离子基团-COFs型固态电解质的应用和锂离子传导性能。对COFs型固态电解质设计思路及未来发展方向进行总结与展望,以期为固态电解质材料的发展提供新思路。     

镁电池用无机固态电解质研究进展

人们对开发新一代电池系统越来越感兴趣,这种新电池系统要比锂电池有更高的能量密度.镁电池因其高电极电位、优越的安全性和丰富的镁金属储量而成为最终取代锂离子电池的最可行的选择.但是,由于电解质的发展受阻,迄今为止,镁离子电池还没有普及.缺乏合适的电解质材料.Mg2+电导率上有一定的挑战性.镁电池无机固态电解质的发展决定着镁...     

锂离子电池用固态电解质的研究现状与展望

目前商业化的锂离子电池多使用有机液态电解质,存在易燃易爆、易泄露等安全风险,而采用固态电解质替代有机液态电解质可以有效提高电池安全性。锂离子电池用固态电解质又可分为无机固态电解质和有机——即聚合物固态电解质。无机固态电解质对高温或其他腐蚀性环境适应性好,适用于在极端工作环境中刚性电池等领域;聚合物固态电解质在柔韧性和可加工性上则优势明显,适用于柔性电池等领域,但这些材料均尚有问题待解决。无机-有机复合的方式,有望综合两种材料的优势,取长补短,提高固态电解质的综合性能和实用价值。     

NASICON型钠离子导体固态电解质研究进展

地球上有限的锂资源以及传统液态电解质的安全性问题使得开发全固态钠离子电池势在必行。钠离子固态电解质作为全固态钠电池的核心部件,对提高电池的安全性和电化学性能具有极其重要的作用。NASICON型固态电解质Na_1+xZr₂Si_xP_3–xO₁₂(0≤x≤3)因其独特的3D开放微观结构、化学/热稳定性好等优点而受到广泛关注,近几年在材料开发和性能优化方面取得长足进步。为了更好地了解该类材料的研发进展和最新动态,本文综述了近年来Na_1+xZr₂Si_xP_3–xO₁₂在晶体结构、离子传输机制、粉末制备方法以及电解质片烧结方法等关键特性方面的研究进展,深入分析了Na_1+xZr₂Si_xP_3–xO₁₂目前面临的挑战：离子电导率较低和电极–电解质界面接触差2大问题,重点介绍了其针对性...     

PVA-CMC-KOH复合碱性固态电解质的制备及其在二次锌镍电池中的应用

采用聚乙烯醇(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)和KOH为原料,通过溶液浇铸方法制备了性能良好的碱性固态聚合物电解质.通过考察电解质含水量、电导率与各组分的关系,得到其最佳配比为m(PVA):m(CMC):m(KOH)=3:1:6.采用DTA和CV技术考察了样品的热稳定性和电化学稳定性.碱性固态电解质在66℃的地方开始脱去自由水,在90℃后脱去束缚水(羟基结合水),350℃发生羟基缩合,分子内脱水.组装碱性固态电解质二次碱性锌镍电池,以不同电流密度2～10 mA/cm2充放电,在电压为1.93～1.95 V出现充电平台,在电压1.78～1.45V出现放电平台.以5 mA/cm2电流密度进行充放电循环10次,充电效率第10次达到92%,表明电解质具有良好的性能.     

有机——无机复合~1凝胶调剖剂的研制

本文介绍利用淀粉和丙烯酰胺单体的接枝共聚体系以及膨润土堵剂,开发出了一种具有很好的封堵能力,价格低廉的有机——无机复合1凝胶调剖堵剂。研究了该调剖剂各组分的浓度对成胶时间及凝胶强度的影响,并采用填砂管模拟试验方法对该调剖剂的注入性能以及成胶后的封堵效果进行了尝试性的评价。实验结果表明,该调堵剂具有较好的注入性能和较高的封堵强度,且成胶时间可调,耐盐,成本较低。     

纤维素基有机-无机杂化复合膜的制备及其吸附性能

以羧甲基纤维素（CMC）为原料,经高碘酸钠选择性氧化制备双醛基羧甲基纤维素（DCMC）,与明胶通过“席夫碱键”化学交联并掺杂海泡石构筑纤维素基有机-无机杂化复合膜。超声波辅助处理能够有效促进微纤维状海泡石在双醛羧甲基纤维素/明胶溶解体系中的均匀分散,同时产生氢键缔合作用,所得混合液经真空干燥成膜。采用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱分析仪（FTIR）、热分析仪（TGA）、质构仪对DCMC/明胶/海泡石复合薄膜形貌特征、官能团、热稳定性和力学性能进行表征与分析。结果表明,加入海泡石后复合薄膜力学性能显著提高,当海泡石添加量为0.5g时,拉伸应力和断裂伸长率同时达到最佳效果。复合膜具有良好的热稳定性,显著失重温度在300~350℃范围内。吸附实验表明该复合薄膜材料具备良好的染料吸附性能,对于选定的3种染料（亚甲基蓝、孔雀石绿、藏红T）,复合膜吸附量均随海泡石含量的增加而增大,当海泡石添加量大于0.5g时吸附量均超过200mg/g,脱附实验表明该杂化膜可经酸处理解吸再生,有较好的重复利用率。该生物质基有机-无机杂化复合薄膜原料来源丰富,生物可降解,在生物医用和污染防治方面具有潜在应用价值。     

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。     

电火花加工用铜基镍–氧化铝复合电极的制备及性能

以纯铜棒为基体,采用复合电镀技术制备了Ni–Al2O3复合电极。镀液组成和工艺条件为:Ni SO4·6H2O 250~300 g/L,Ni Cl2·6H2O 40~50 g/L,Al2O3 10~60 g/L,H3BO3 35~40 g/L,十二烷基硫酸钠0.05 g/L,p H 3~4,阴极平均电流密度2~6 A/dm2,温度30~70°C,时间3 h。分析了镀液中Al2O3颗粒添加量、温度和阴极电流密度对Ni–Al2O3复合镀层Al2O3含量、均匀性和显微硬度的影响。分别以Ni–Al2O3复合电极和纯铜电极为工具,对W7Mo4Cr4V2Co5高速钢进行电火花加工(EDM)试验。在Al2O3添加量30 g/L、阴极电流密度3 A/dm2、温度50°C的条件下,所得镀层厚度为100μm,Al2O3颗粒体积分数为14.48%,显微硬度为434.72 HV,综合性能最佳。Ni–Al2O3复合电极在EDM试验中的相对质量损耗约为纯铜电极的1/5,抗电蚀性更优。     

Ceria-based solid electrolyte exhibits superior mechanical and electric properties compared to zirconia-based solid electrolyte

The mechanical strength and electrical characteristics of 10 mol% gadolinium (Gd)-doped ceria (10GDC) and gadolinium-samarium (Gd–Sm) co-doped ceria ceramics treated by contact reduction were investigated. The observed increased strength of 10GDC was similar to the strength previously reported for ceria with and without Sm doping. X-ray photoelectron spectroscopy revealed that only the surface was reduced in the strengthened material. In addition, the strengthened ceramic displayed improved hardness at low test loads, which suggested the formation of a surface compression layer. The reducing conditions did not affect the electrical conductivity of the 10GDC material. Co-doping with 10 mol% each of Gd and Sm improved strength and conductivity compared with 10GDC and 20GDC. When the co-doped material was reduced, the electric conductivity remained identical; however, the mechanical strength improved, exceeding the strength of zirconia.     

Preparation and properties of a novel green solid polymer electrolyte for all-solid-state lithium battery

Solid polymer electrolyte (SPE)-based lithium batteries have easy processing and safety for energy vehicles and storage. However, the preparation process of SPEs mostly used a lot of organic solvents, which will threaten human living space and body health. Herein, a novel green solid polymer electrolyte (ionic liquid type waterborne polyurethane, IWPUS) without no organic solvents was prepared from hybrids of ionic liquid-based waterborne polyurethane (IWPU) and LiClO₄. The structure and properties of IWPUS were investigated by IR, SEM, XRD, TGA, ion conductivity test. The results showed that Li⁺ of LiClO₄ could coordinate with  CO and  C O C in the polyurethane matrix. LiClO₄ had been well dispersed in IWPU. The conductivity of IWPUS increased with the increase of LiClO₄ content. The higher conductivity of IWPUS with 20% LiClO₄ at 80°C was 1.8 × 10⁻⁴ s•cm⁻¹. IWPUS based on ionic liquid-based waterborne polyurethane would be promised to become an environmentally friendly candidate for all solid-state lithium ion batteries.     

阻燃聚氨酯基固态聚合物电解的制备

摘要：以聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇( PBA) 、六亚甲基二异氰酸酯( HDI)和阻燃剂N，N阻双（2（羟乙基）胺基亚甲基磷酸二乙酯( FCR-6）为主要原料合成阻燃聚氨酯（TPUP），将阻燃聚氨酯与锂盐复合得到阻燃聚氨酯基固态聚合物电解质。采用红外光谱、热重分析、锥形量热、力学测试、电化学窗口、电导率和电池的充放电性能测试等对阻燃聚氨酯基固态聚合物电解质进行了表征和性能测试。研究表明，TPUP具有良好阻燃性能，制备的阻燃电解质TPUP25%Li综合性能最佳，且拉伸强度达到2.09MPa，80℃时离子电导率为3.09M10-4 S/cm，以阻燃电解质组装的全固态锂电池，在80℃时0.2C电流密度下放电容量达到159mA?h/g。