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...     

聚合物基镁离子固态电解质的研究进展Q

镁离子电池因其比容量高、资源丰富、环境友好、安全性高(无枝晶)等优势,在储能电池领域脱颖而出.然而,镁金属负极在液态电解质中易钝化,导致其电化学性能不佳.因此,开发高效适用的固态电解质对实现高性能、实用化镁离子电池至关重要.聚合物电解质具有优异的机械稳定性、电化学稳定性、热稳定性且离子电导率高、成本低.但镁离子较高的电荷密度和较强的溶剂化作用限制了其在固态电解质中的解离与扩散.从纯固态聚合物电解质、凝胶聚合物电解质、复合聚合物电解质3个方面综述了国内外聚合物基镁离子固态电解质的离子电导率对解决镁金属负极钝化效应的贡献及其应用研究进展,指出聚合物基镁离子固态电解质当前面临的挑战并对其研究方向进行了建议和展望.     

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。     

非晶无机固态电解质的研究进展

各向同性的非晶无机固态电解质具有机械性能好、安全性高、工作温度范围宽以及对金属锂稳定等优点,应用于全固态锂电池可使其具有超长的循环寿命,相对于晶态电解质具有不同的特点和优势,已经成为了固态电池领域的研究热点之一。然而离子电导率较低的缺点限制了其应用范围。介绍了非晶无机固态电解质的锂离子传输机制及导电特性、典型非晶电解质材料的研究进展以及非晶–结晶复合电解质的设计,并针对非晶无机固态电解质的产业化应用现状进行了总结,对未来非晶无机固态电解质的发展及应用前景进行了展望。     

第一性原理计算在固态电解质研究中的应用

锂离子电池具有比能量高、工作电压高、循环寿命长、工作温度范围宽等优点,是目前使用最广泛的移动能源存储装置。使用固态陶瓷材料替换传统的液态有机电解质可以提高锂电池的安全性能。对固态电解质材料进行设计与研究,有助于推动全固态锂电池技术的发展。应用第一性原理计算可以方便地获知材料的微观晶体结构、基态能量、物理化学性质等信息,在固态电解质材料研究领域获得了广泛的应用。对第一性原理计算模拟在锂离子电导率、材料热力学稳定性、动力学稳定性、电化学稳定性方面的应用进行了介绍,对计算模拟今后的重点突破方向做了展望。     

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。     

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。     

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。     

原位聚合的固态聚合物电解质应用于锂硫电池

锂硫电池因自身所含硫元素储量丰富、价格低廉、理论比容量高等优势,逐渐被科研工作者所关注。然而,锂硫电池所采用的液态有机电解液普遍存在挥发,漏液,燃烧等潜在安全隐患,因此,我们通过原位聚合制备出一种固态聚合物电解质来提升锂硫电池安全性能,同时还可以兼顾锂硫电池的循环稳定性。实验结果表明:以聚乙二醇甲醚丙烯酸酯(PDEM)为基体的固态聚合物电解质应用于硫化聚丙烯腈(PAN-S)/锂金属电池具有良好的长循环性能,说明该固态聚合物电解质与正负极具有良好的界面相容性。     

石榴石型全固态锂离子电池复合正极研究进展

全固态锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和高安全性等优点,是当前的研究热点。固态电解质是全固态电池的核心组件,石榴石型固态电解质被认为是体型全固态锂离子电池理想的电解质材料。基于石榴石固态电解质构筑复合正极,解决固态电解质与正极材料、电解质层与复合正极层的固–固界面问题,是提高电池性能的关键。详述了石榴石电解质基复合正极构筑以及与电解质间界面修饰的研究进展,并展望了石榴石型全固态锂离子电池的复合正极构筑及界面修饰的发展方向。     

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。     

有机电解液在锂离子电池中的充放电机理

讨论了锂离子电池充放电过程中有机电解液的电化学行为,研究发现,有机电解液会在电极活性材料表面发生电化学反应而形成聚合物钝化层(SEI膜),其厚度和疏密性与电解液的组成及充放电制度有关;其组成和电化学性能还将直接影响锂离子电池的充放电容量和循环寿命。通过改变电解液的导电锂盐成分、有机溶剂组成和加入极性添加剂等方法可优化电解液的电化学特性,从而可有效控制该钝化层的成膜过程、膜组成与膜结构,提高锂离子电池的充放电及循环性能。     

固体电解质的制备及其在锂氧电池性能研究

本文提出了将高离子电导率的全固态电解质Li1.4Al0.4Ti1.6(PO3)4(LATP)用于锂氧电池。用Pechini法成功的合成了全固态电解质，采用X射线荧光衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)和电化学性能分析其性能。结果显示，LATP不仅具有较高的离子导电性，而且LATP作为固体电解质，具有更高的放电平台。同时，LATP固体电解质能降低电解质的分解，从而能够减少放电产物的生成。因此，LATP玻璃陶瓷固体用于锂氧电池提高了锂氧电池的热稳定性并且降低了锂氧电池热膨胀。LATP固体电解质利用在可再充电锂氧电池中具有良好的前景。     

全固态锂电池热安全性研究进展

随着液态锂电池的广泛应用,热失控现象时有发生,其热安全性成为亟待解决的问题。全固态锂电池以其优异的安全性显示出巨大的应用潜力。该文简要介绍了全固态锂电池的基本概念及组成结构,重点阐述了氧化物、硫化物以及聚合物固体电解质的最新研究进展,并对这3类全固态锂电池的热安全性差异进行了总结,包括固体电解质材料级别、固体电解质与活性材料或锂金属负极混合时界面级别以及全电池级别的热安全性。此外,锂枝晶现象对全固态锂电池安全性的影响仍不可忽视。目前,针对材料和界面级别的热安全性研究众多,但全电池级别的研究较少,且多集中在小容量电池,针对全电池级别的热安全性仍需进一步探究。最后,指出了未来高安全性全固态锂电池的商业化应用应着力于解决全固态锂电池中的关键界面问题以及锂枝晶问题。     

A design of Nafion-coated bilayered quasi-solid electrolyte for lithium-O2 batteries with high performance

Lithium-air(also known as lithium-oxygen) batteries have attracted considerable global attention in recent years due to their extremely high energy density(11,140 W·h·kg~(-1)).The electrolyte is a key element in lithium-air batteries and the traditional organic electrolyte has great safety risk due to leakage.On the contrary,the polymer electrolyte has the advantages of high safety,high stability and easy processing comparing with the organic liquid electrolytes.In this paper,a new idea was proposed to coat the Nafion membrane on a layer of polymer for blocking the oxidation reduction electric(RM) and Li based on the selective permeability on lithium ion of the Nafion membrane.Self-made thicknesscontrollable Nafion membrane,polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer(PVDF-HFP)and 2,2,6,6-tetramethylpiperidinooxy(TEMPO) were used to prepare a quasi solid polymer electrolyte(NSPE).Electrochemical workstation and LAND battery testing system were used to perform a galvanostatic charge/discharge test on Li-O_2.The ionic conductivity of NSPE was 4.3 × 10~(-4) S·cm~(-1) at room temperature and the discharge platform was 2.6 V and the charging voltage was 3.7 V after 50 cycles with the cut-off capacity of 500 mA·h·g~(-1).     

锂离子电池电解液负极成膜添加剂的研究进展

解决锂离子电池电极材料和电解液相容性的关键是形成稳定且Li⁺可导的固态电解质界面膜(SEI膜),因此,对优质负极成膜添加剂的研究成为锂离子电池研发中的一个热点。本文综述了锂离子电池电解液成膜添加剂的作用原理,具体介绍了各类负极成膜添加剂的研究现状,从成膜反应机理和理论计算方面详述了近几年来负极成膜添加剂的研究进展。分析了所存在的问题主要是如何快速地挑选出更适宜、更高效的成膜添加剂,并指出了成膜添加剂未来的发展趋势为:①研究各添加剂与电解液的反应机理,着重开发对锂离子电池副反应小的负极成膜添加剂;②通过选择两种或两种以上的添加剂的协同作用,以弥补一种添加剂的不足;③提高无机成膜添加剂在电解液中的溶解度。     

Bifunctional poly(ethylene glycol) based crosslinked network polymers as electrolytes for all‐solid‐state lithium ion batteries

Polymer electrolyte based lithium ion batteries represent a revolution in the battery community due to their intrinsic enhanced safety, and as a result polymer electrolytes have been proposed as a replacement for conventional liquid electrolytes. Herein, the preparation of a family of crosslinked network polymers as electrolytes via the ‘click‐chemistry’ technique involving thiol‐ene or thiol‐epoxy is reported. These network polymer electrolytes comprise bifunctional poly(ethylene glycol) as the lithium ion solvating polymer, pentaerythritol tetrakis (3‐mercaptopropionate) as the crosslinker and lithium bis(trifluoromethane)sulfonimide as the lithium salt. The crosslinked network polymer electrolytes obtained show low T_g, high ionic conductivity and a good lithium ion transference number (ca 0.56). In addition, the membrane demonstrated sterling mechanical robustness and high thermal stability. The advantages of the network polymer electrolytes in this study are their harmonious characteristics as solid electrolytes and the potential adaptability to improve performance by combining with inorganic fillers, ionic liquids or other materials. In addition, the simple formation of the network structures without high temperatures or light irradiation has enabled the practical large‐area fabrication and in situ fabrication on cathode electrodes. As a preliminary study, the prepared crosslinked network polymer materials were used as solid electrolytes in the elaboration of all‐solid‐state lithium metal battery prototypes with moderate charge–discharge profiles at different current densities leaving a good platform for further improvement. © 2018 Society of Chemical Industry     

Application of ionic liquids-based Li-ion battery electrolyte andimprovement of electrochemical properties

近年来锂离子电池在动力电池方面被寄予厚望,但安全性是制约其应用的关键之一,而其安全性与电解液性质密切相关。离子液体具有不可燃、不挥发、热稳定性好等优点,可作为电解液以替代传统有机溶剂应用于锂离子电池中。基于现有研究,本文阐述了各类离子液体作为锂离子电池电解液的优异性和不足点,进而综述了各种针对离子液体自身不足采取的性能改进方法,并对该方向的进一步研究进行了展望。     

离子液体基锂离子电池电解液的应用与性能改进

近年来锂离子电池在动力电池方面被寄予厚望,但安全性是制约其应用的关键之一,而其安全性与电解液性质密切相关。离子液体具有不可燃、不挥发、热稳定性好等优点,可作为电解液以替代传统有机溶剂应用于锂离子电池中。基于现有研究,本文阐述了各类离子液体作为锂离子电池电解液的优异性和不足点,进而综述了各种针对离子液体自身不足采取的性能改进方法,并对该方向的进一步研究进行了展望。