锂离子电池用无机固态电解质研究进展

全固态锂离子电池的核心技术是固态电解质，它决定着电池的各种性能。在所有已开发的固态电解质中，无机固态电解质被认为是最可行的电解质之一。基于无机固态电解质的锂离子传导机理，从LISICON型、Garnet型、Perovskite型和NASICON型四个类型，介绍了无机固态电解质当前存在的一些不足，以及近年来所取得的改善研究成果。面向锂离子电池产业快速发展，指出可以掺杂改性和加工方法改善联合实施，以及结合机器学习等人工智能手段，来优化改善方案，以促进全固态锂离子电池的产业化。     

无机固体电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)的研究进展

目前,采用固体电解质代替传统电解液发展新型全固态锂离子电池,已成为解决电池安全问题、提高电池储能密度的一项重要的技术方法。固体电解质材料作为全固态锂电池的核心,它的性能很大程度上决定了电池的各项性能指标。迄今被研究过的无机固体电解质材料有很多,包括NASICON型、LISICON型、钙钛矿型和石榴石型等晶态固体电解质,和氧化物及硫化物等玻璃态固体电解质,其中石榴石型结构的Li_7La_3Zr_2O_(12)材料具有优异的综合电化学性能,使其更具实际应用潜力和研究价值。实验与理论计算结果表明该材料具有较高的锂离子电导率(10~(-4)～10~(-3)S·cm~(-1)),能与负极金属锂及大部分正极材料稳定接触,电化学窗口高达6 V。根据近年来国内外在该类材料上的研究现状,主要从Li7La3Zr2O12的晶体结构特征、制备方法及掺杂改性等方面进行了详细介绍,最后阐述了Li_7La_3Zr_2O_(12)固态电解质材料在全固态锂电池中的发展前景及面临的挑战。     

无机固体电解质Li7La3Zr2O12的制备及掺杂改性研究进展

无机固体电解质由于其安全性能高、能量密度大等特点备受研究者的青睐。其中Garnet型锂离子无机固体电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)具有较高的离子导电率,较低的界面电阻,优良的稳定性能和电化学性能,在未来的全固态锂离子电池、锂空气电池等领域有着广阔的应用前景。主要从Li_7La_3Zr_2O_(12)的晶体结构、制备工艺和掺杂改性等方面详细阐述无机固态电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)的研究进展。     

无机填料在复合固态电解质中的作用机制研究进展

全固态锂电池以其良好的安全性和更高的能量密度受到广泛关注，而固态电解质是决定固态电池性能的关键材料。由聚合物基体和无机填料组成的无机/有机固体复合电解质因其优良的可设计性而显示出广阔的应用前景。其中，锂离子传导能力是复合电解质性能的决定性因素，而无机填料对提升锂离子传导有重要作用。本文列举了典型无机填料的种类，总结了不同种类填料对加速锂离子输运过程的作用机理，讨论了无机填料的添加量、颗粒大小、分散性、形态对提升离子电导率的影响规律。除此之外，还归纳了无机填料对电化学窗口、锂离子迁移数、力学性能等其他性能的影响。     

锂离子电池玻璃态电解质导电机理的研究进展

锂离子电池玻璃态电解质同晶体型电解质相比较具有导电性各向同性、锂离子电导率高等诸多优点, 开发在室温下具有较高的离子电导率及良好的化学、电化学稳定性的玻璃态电解质材料已经成为锂离子电池领域的重要研究方向之一。本文介绍了各种玻璃态电解质体系的导电特性及导电机理, 并重点分析与讨论混合网络形成体效应在一些典型玻璃态电解质体系中的微观作用机理。本文还总结了混合网络形成体效应在玻璃态电解质中发生的前提条件, 并指出深入研究玻璃态电解质的导电机理对开发出具有优异电化学性能的无机非晶固态电解质体系具有重要的指导意义。     

全固态锂离子电池正极与石榴石型固体电解质界面的研究进展

全固态锂离子电池具有高安全性、高能量密度、宽使用温度范围以及长使用寿命等优势, 在动力电池汽车和大规模储能电网领域具有广阔的应用前景。作为全固态电池的重要组成部分, 无机固体电解质尤其是石榴石型固态电解质在室温下锂离子电导率可达10 ^-3 S·cm ^-1, 且对金属锂相对稳定, 在全固态电池的应用中具有明显的优势。然而正极与石榴石型固体电解质间接触性能以及界面的稳定性差, 使得电池表现出高的界面阻抗、低的库伦效率和差的循环性能。本文以全固态锂离子电池正极与石榴石型固体电解质界面为研究对象, 分析了正极/固体电解质的界面特性以及界面研究中存在的问题, 综述了正极复合、界面处理工艺、界面层引入等界面调控和改性的方法, 阐述了优化正极与石榴石型固体电解质界面结构, 改善界面润湿性的解决思路, 提出了未来全固态锂离子电池发展中有待进一步改进的关键问题, 为探索全固态锂离子电池的实际应用提供了借鉴。     

NASICON纳米晶固体材料的制备与烧结致密化

以常规无机试剂和含硅有机试剂为原料，采用溶胶-凝胶过程与压制成型烧结相结合的方法制备了NASICON纳米晶固体材料，利用TG—DTA对前驱凝胶原粉进行了分析测试，结果表明，NASICON相结构的形成温度范围为750-890℃．实验中重点对800-1000℃烧结所得纳米晶材料进行了表征．目的产物的XRD、FT—IR、FE—SEM、IS结果以及阿基米德法致密度测量结果显示，采用合适的烧结温度和周期可以成功制备出具有纳米级颗粒尺寸、良好结晶特性和较高致密度的固体电解质NASICON材料．材料电学特性测试结果表明，所制备的纳米晶固体电解质材料具有良好的离子导电特性和合理的离子传导激活能，其复合电导与温度倒数的Arrhenius图具有很好的线性关系，并且具有较高结晶特性的材料显示出更高的离子电导率．     

稀土改性锂基氧化物固态电解质研究现状与展望

全固态锂电池具有能量密度高和安全性好等优点，成为新能源领域的研究热点。固态电解质作为全固态锂电池的核心部分，决定了电池的能量密度、循环稳定性以及安全性等。其中，氧化物固态电解质因离子电导率高、电化学窗口宽、力学性能优异而备受青睐，所涉及的研究体系主要包括石榴石型、NASICON型以及钙钛矿型固态电解质。然而，烧结温度高、室温离子电导率低、结构不稳定使其难以满足实际应用。本文概述了石榴石型、NASICON型以及钙钛矿型氧化物固态电解质近年的研究现状和存在的问题；总结了具有大离子半径、高价态、低电负性、可变配位数和4f5d电子结构的稀土离子在改性氧化物固态电解质时起到的增加致密度、提高离子电导率以及稳定高离子导电晶相的作用；分析了当前稀土改性氧化物固态电解质面临的主要科学问题和技术瓶颈；最后，对未来稀土改性氧化物固态电解质发展方向进行了展望。     

稀土元素La~(3+)、Nd~(3+)和Y~(3+)对NASICON型固体电解质的掺杂改性研究

采用固相法制备了稀土元素La、Nd和Y掺杂的NASICON型Na_(3+x)Zr_(2-x )M_xSi_2PO_(12)钠离子固体电解质材料,并探讨了La、Nd和Y的掺杂对NASICON材料致密性和电化学性能的影响。结果表明:相同比例掺杂情况下,La、Nd和Y的掺杂均能改善NASICON材料的致密程度,并表现出良好的电化学性能,其中La掺杂的固体电解质材料离子电导率最佳,室温下总离子电导率可达到(1.09×10~(-3))S/cm。     

全固态锂电池有机-无机复合电解质研究进展

目前锂离子电池由于使用液态电解液面临着诸多问题，如工作温度范围窄、热稳定性差、容易泄露和生成锂枝晶等。发展全固态锂电池是提升电池能量密度和安全性的可行途径之一，而作为锂电池材料研究热点的有机-无机复合固态电解质，由于其兼具有机物和无机物的优点，有望运用于下一代全固态锂电池之中。本文首先概述了固态电解质的种类及传导机制，而后详细阐述了有机-无机复合固态电解质中聚合物基质和锂盐的选择以及不同维度无机填料对电解质性能尤其是力学性能的影响，最后提出了有机-无机复合固态电解质的研究总结与展望。     

锂离子电池电解液产业分析

一、锂离子电池电解质技术概况锂离子电池制造所需的正极材料、负极材料、隔膜和电解质材料被称为锂离子电池4大关键材料,其中,锂离子电池电解质按其存在形态大致可以分为液态电解质、凝胶态电解质和固态电解质3种。从1991年全球第一只商业化锂离子电池诞生至今,锂离子电池电解质材料呈现出从液态到固态逐步发展的过程。现阶段,在电解质市场居统治地位的是液态电解质,一     

黏弹性对复合固态电解质离子传输行为的影响机制

有机/无机复合固态电解质的锂离子传输机理得到了广泛的研究，但无机粒子引入其中对其黏弹行为的影响却少有研究。文中以聚乙烯醇氰乙基醚(PVA-β-CN)为聚合物基体、双三氟甲基磺酰基亚胺锂(LiTFSI)为锂盐、0%～28%锂镧锆钽氧(LLZTO)为无机纳米粒子制备了锂离子电池复合固态电解质PVA-β-CN@LLZTO。首先研究了不同LLZTO含量的PVA-β-CN@LLZTO复合固态电解质结构的变化，在红外光谱中，锂离子与氰基耦合峰2276 cm^-1及LiTFSI特征峰位置的偏移证明PVA-β-CN具有优异的锂离子传输能力，与之对应其微观断面结构呈均匀分散随后逐渐出现的聚集现象对应于其离子电导率先升高后降低的变化。研究发现，PVA-β-CN@LLZTO复合固态电解质离子电导率在φ_LLZTO=20%达到最大值，对应于离子电导逾渗阈值(φ₁)。在不同LLZTO含量时复合固态电解质的黏弹性测试中，在φ_LLZTO≥20%时，储能模量对频率的依赖性减弱，对应于体系的模量逾渗阈值(φ_G)。φ...     

石榴石型固体电解质及其界面问题的研究现状

全固态锂离子电池相较于液态电池而言,其能量密度更高,安全性更好,符合未来锂离子电池的发展方向,而固体电解质是该类型电池的关键组件。其中,石榴石型电解质锂镧锆氧(Li₇La₃Zr₂O₁₂,LLZO)因具有较高的锂离子电导率及与金属锂的良好兼容性,有望成为有机电解液的替代品。本文综述了该类型固体电解质的离子迁移机理,以及不同掺杂位点及掺杂剂类型对结构和电性能的影响,特别介绍了现阶段石榴石型固体电解质的致密化技术及机理,调研了LLZO界面改性方面的进展,对石榴石型固体电解质在锂离子电池中的应用进行展望。     

锂金属电池中复合固态电解质与负极界面的研究进展

与传统锂离子电池相比,全固态锂金属电池因其安全性好、能量密度高的特点备受关注.但是电极与固态电解质的固固接触带来较大的界面阻抗,而锂金属较为活泼易与固态电解质发生反应,造成了界面不稳定.界面问题已经成为制约全固态电池发展的关键因素之一.有机-无机复合固态电解质兼顾无机固态电解质和有机固态电解质的优势,具有较高离子电导率和一定的力学强度,展现出优异的实用化前景.本文综述了近年来复合固态电解质与金属锂负极界面改性的研究进展,总结了当前界面改性的主要研究思路:包括在界面构筑"软接触"、调节固态电解质的力学性能以及调控界面处锂离子的沉积动力学过程等.同时,也对今后界面改性的研究趋势进行了展望.     

新型全固体锂离子充电电池用固体电解质

大阪府立大学助教开发出了可提高全固体锂离子充电电池输出特性的技术。该技术具体内容为导电率提高到与液体电解质同等水平的无机固体电解质和可实现高速电荷移动的电极一固体电解质界面的构筑方法。全固体锂离子充电电池由于无需使用有起火及漏液危险性的有机电解液,因此,安全性得以提高。但此技术的实用化仍需进行数年的研究开发。     

高安全性锂离子电池电解质研究进展

电解质是锂离子电池的重要组成部分,其电化学性能和热稳定性是影响电池安全性能的重要因素.简要介绍了商用锂离子电池电解质的性质以及由其引起的安全问题,从替代电解质材料和电解质添加剂两个方面综述了高安全性锂离子电池电解质的研究现状,着重阐述了离子液体、聚合物电解质、新型锂盐、成膜添加剂和阻燃添加剂等对锂离子电池安全性能提高的最新进展,展望了锂离子电解液的发展方向.     

有机硅在锂离子电池电解质中的应用

有机硅因其具有本身结构所决定的优异耐高温性和稳定性,将其应用于锂离子电池电解质中,可提高锂离子电池的安全性。综述了有机硅化合物在锂离子电池聚合物电解质和液态电解质中的应用形式及研究现状,包括作为聚合物电解质的组分、作为液态电解质的溶剂或添加剂,并详细介绍了作者所在研究团队近年来在锂离子电池含有机硅化合物电解质材料制备及研究方面的探索成果,同时探讨了其发展及应用前景。     

钠离子电池Na3Zr2Si2PO12陶瓷电解质的喷雾干燥法制备及性能优化

目前钠离子电池采用的有机电解液存在易燃易爆等安全隐患,迫切需要开发高性能的固体电解质材料.其中NASICON型Na3Zr2Si2PO12电解质具有宽电化学窗口、高机械强度、对空气稳定、高离子电导率等优点,应用前景广阔.但已有研究的陶瓷生坯由于黏结剂包覆不均匀导致生坯内部气孔较多,难以烧成高致密、高离子电导的陶瓷电解质....     

无溶剂法制备固态电解质膜的研究进展

传统锂离子电池面临着液态电解液泄漏和易燃等安全问题的挑战。采用固态电解质替换液态电解液可以实现锂离子电池的高安全性和高能量密度。然而,传统的固态电解质膜的制备方法,具有复杂的制备过程以及较高的能耗,为其实际应用增添了挑战。无溶剂法制备固态电解质膜省去了传统制备工艺中的溶剂干燥、溶剂回收等步骤,具有节约能源和环境友好的优点。然而,这项制备固态电解质膜的技术在储能领域的应用尚不成熟,有待于进一步的研究和发展。本综述总结了无溶剂法制备聚合物、无机和复合固态电解质膜的研究进展并阐述了无溶剂制备固态电解质膜这项技术在商业化的过程中面临的挑战,最后对这项技术未来在全固态电池中的实际应用做出展望。     

锂离子电池用凝胶聚合物电解质研究进展

凝胶聚合物电解质既具有固态聚合物电解质良好的力学加工性能和安全性能,又具有传统液态电解质较高的室温离子电导率。但凝胶聚合物电解质由于室温离子电导率低、力学强度较差的缺点限制了其在锂离子电池上的应用。结合目前研究的最新进展,本文针对几种常用凝胶聚合物电解质体系聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚乙烯醇缩醛进行了综述,对其制备方法以及通过聚合物调控、加入无机填料和复合离子液体进行改性处理做了较全面的介绍,并探讨了凝胶聚合物电解质的应用前景。