浇铸法制备的PEO基偏铝酸锂复合固态电解质

通过浇铸法制备含快离子导体金属盐LiAlO2(LAO)的聚氧化乙烯(PEO)基复合固态电解质,对LAO不同质量分数的复合固态电解质进行电化学性能测试。复合固态电解质的电化学窗口拓宽,离子电导率提高到8.39×10^-5 S/cm。以复合物固态电解质组装Li/LiFePO4全固态电池,当LAO质量分数为4%,在60℃以0.1 C于2.5~4.0 V充放电,电池的首次放电比容量为153.61 mAh/g,循环50次的容量保持率仍在90%以上。     

rGO-S-CPEs复合正极的制备及其全固态锂硫电池的电化学性能

聚合物基复合电解质(CPE)应用于全基固态锂硫电池在保证高能量密度的同时，改善了电解质与电极之间的界面接触，具有更为广阔的应用前景。但硫正极固有的绝缘性会导致较低的电子/离子传输速率，通常选用高导电性的碳材料和高离子电导率的电解质材料来改善复合硫正极的电子/离子传输速率。制备了高离子电导率的聚合物基聚氧化乙烯(PEO)-双三氟甲磺酰亚胺锂(LiTFSI)-锆酸镧锂(LLZO)复合电解质，在20和60℃下离子电导率分别为1.16×10^-4和7.26×10^-4S/cm，同时将其与硫-还原氧化石墨烯制备rGO-S-CPEs复合硫正极，在改善了正极中离子传输速率的同时，取代了粘结剂的作用。探究了正极材料中不同含量的复合电解质对电池性能的影响。测试结果表明，当硫正极中复合电解质含量为40%(质量分数)时，全固态锂硫电池的电化学性能最佳，在0.2 C、45℃下，首次充放电比容量为923 mAh/g,50次循环后比容量为653 mAh/g。     

PVDF-HFP/PC基室温高压固态电解质

含有强力氢键的聚偏二氟乙烯-co-六氟丙烯(PVDF-HFP)具有优良的抗氧化能力,将其作为电解质基体能够匹配更高电压的阴极材料,有望获得更高的电池能量密度.但基体较高的结晶度严重限制了电解质性能的发挥.通过碳酸丙烯酯(PC)的增塑,降低了体系结晶度,获得了适用于室温高压锂电体系的PVDF-HFP/PC基固态电解质膜,其室温离子电导率达到2.3×10-3 S/cm,电化学稳定窗口达到4.8 V(vs.Li/Li+),相对于目前研究最为广泛的聚氧化乙烯(PEO)基固态电解质,其拥有显著优势.将其与高压阴极LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2(NCM622)匹配,实现了固态锂电池在高截止电压下的稳定充放电循环.     

溶剂对PEO基固态电解质制备与性能的影响

采用溶液浇铸法制备了PEO基聚合物固态电解质,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜、交流阻抗法等方法对不同溶剂制备固态电解质的结构、形貌、电导率以及锂离子迁移数等进行分析表征。结果表明,溶剂对固态电解质的微观结构存在着较大的影响,以丙酮、乙腈为溶剂制备的固态电解质(S_A)表面致密,具有最低的结晶度,而以NMP、乙腈为溶剂制备的固态电解质(S_N)结晶度最高。固态电解质的微观结构直接决定了其机械性能和电化学性能,SA的抗拉强度为2.219 MPa,在80℃下的离子电导率可达到8.3×10~(–4)S/cm。所制备固态电解质可应用于锂离子固态电池的制备与研究中。     

氟离子电池的研究进展与挑战

锂离子电池的能量密度提升空间有限,且受资源限制,因此开发其他电池体系成为研究热点。F^-的电负性高、半径小、质量轻,作为电子载体能够提供高能量密度,因此,基于F^-穿梭的氟离子电池受到人们的重视。综述近几年氟离子电池电解质和电极材料的研究进展,介绍固态氟离子电池和液态氟离子电池两类体系。从提高电解质离子电导率、改善电极/电解质界面结构、抑制电极材料溶解损失和调控电极材料结构与组成等方面,对高性能氟离子电池的发展进行展望。     

全固态锂电池的开发现状

全固态电池是以固态电解质取代传统液体有机电解质的大容量新一代电池,由于其能量密度高和使用寿命长而愈益引人注目。现研发前景较好并形成主流的为Lipon电解质和硫化物玻璃态等高导电率无机固态电解质。此外,在结晶质中,又开发了超过非结晶高离子导电性的Li_3.25Ge_0.25P₀.75S₄和Li₂S-P₂S₅固态电解质,已展示出世界最高的离子导电率(高达2.2³.2×10^-3S/cm)。全固态Li电池,在高安全性、长寿命化的新能源汽车动力电池,高可靠性的智能电网蓄能电池,以及超微超薄、柔性电池等领域,具有明显的优越性。     

隔膜支撑聚合物固态电解质制备及性能研究

使用聚甲基乙撑碳酸酯(PPC)和聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)作为基体材料,通过溶液浇铸法制备了隔膜支撑的复合聚合物固态电解质,固态电解质的室温离子电导率高达2×10^-4S/cm。将固态电解质与磷酸铁锂正极和石墨负极制备固态电池,结果显示,该电池常温下在2 C的放电倍率容量保持率为74%,常温下0.1 C放电,电池循环200次,容量保持率为90%,具有优异的循环性能和倍率性能。使用钴酸锂作为正极制备全固态电池,在过充过放条件下电池不鼓胀,在针刺条件下不起火不爆炸,表明电池具有优异的安全性能。     

中科院化物所研制出高比能全固态钠离子电池

钠资源丰富、成本低,所以钠离子电池被认为是大规模储能的理想器件。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。钠资源丰富、成本低,所以钠离子电池被认为是大规模储能的理想器件。传统的钠离子电池多采用液态电解质,容易出现漏液、燃烧等问题,而使用固态钠离子电解质取代易燃的有机液态电解液,可有效提高电池的安全性。但是,固态钠电池的发展也存在着问题:(1)固态电解质的离子电导率低;(2)固态电解质与电极间的界面接触差;(3)电极材料在脱嵌钠离子过程中的体积变化大,导致固态电池的内阻大、容量低、寿命短。     

Li-Al LDH固态电解质及其Cs+掺杂研究

固态电池因其所具有的高能量密度和高安全性而极具发展前景,而开发离子电导率高的固态电解质是固态电池发展的一大关键问题。通过水热法制备了一种锂铝水滑石材料(Li-Al LDH),并对其结构与形貌、热稳定性、电化学性能进行了表征。从XRD和SEM分析可以看出,Li-Al LDH在180℃条件下仍然保持稳定,EIS测试结果表明Li-Al LDH的离子电导率为8.25×10^-5S/cm。进一步对Li-Al LDH进行了Cs⁺掺杂研究,结果表明,对Li-Al LDH成功实现了Cs⁺掺杂,且所制得的Li-Al LDH(Cs0.1)样品,其离子电导率约为5.2×10^-4S/cm,达到了现有氧化物固态电解质离子电导率水平。研究表明Cs⁺掺杂的Li-Al LDH作为锂电池固态电解质具有潜在的应用前景。     

Na3Zr2Si2PO12固态电解质研究进展

钠离子电池具有资源丰富、能量密度高等优点,使用固态电解质的固态钠电池兼具高安全性成为研究热点。固态电解质是超离子导体,是固态电池关键材料。Na₃Zr₂Si₂PO₁₂是钠超离子导体（NASICON）中最具代表性的固态电解质材料。总结了Na₃Zr₂Si₂PO₁₂材料的结构、离子传输机制及其相互关系,旨在从机理上理解Na₃Zr₂Si₂PO₁₂固态电解质中钠离子传输性能;总结了主要制备方法,指出了不同方法的优缺点;在提升离子电导率方面,对合成工艺、掺杂、界面因素进行了总结,力求归纳和探索合成高性能钠离子固态电解质的途径。     

锂硫电池电解质的研究进展

综述近年来锂硫电池电解质的研究进展,包括各种电解质体系:液态有机电解质、离子液体电解质、固态聚合物和无机电解质等。整体评价了目前锂硫电池所使用的电解质,展望了未来的锂硫电池电解质的发展趋势。     

锂离子电池材料新进展

评述了近年来有关阳极材料、电解质(非水溶液电解质、聚合物基固态电解质)和阴极材料的开发现状及发展趋势,总结了全球锂离子二次电池的生产与开发态势。     

全固态锂硫电池电极及电解质膜的制备及性能研究

全固态锂硫电池(ASSLSBs)兼具高能量密度与高安全性,被认为是最具潜力的下一代储能体系候选者之一,然而目前实验室使用的粉末冷压技术并不适合实际应用。因此,开发合适的工艺大规模制备固态电解质膜以及复合正极对促进全固态锂硫电池的实际化应用具有重要意义。以二甲苯作为溶剂,苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物(SEBS)作为粘结剂,通过浆料涂布工艺制备了具有高离子电导率(4.7×10^-4S/cm)的自支撑硫化物固态电解质膜以及高硫含量(50%质量分数)、高硫载量(4～5 mg/cm²)的复合硫正极极片,并研究了其性能。研究表明：SEBS质量分数为3%时,电解质膜兼具柔性及高离子电导率;SEBS质量分数为1%的复合硫正极极片表现出良好的电化学性能。使用固态电解质膜与复合正极极片组装的全固态锂硫电池首次放电比容量可达742.9 mAh/g。     

原位聚合制备基于聚离子液体的聚合物固态电解质

液态电解液存在泄漏爆燃隐患，在锂金属电池中的实际应用受限。基于离子液体制备的聚合物固态电解质(SPE)具有阻燃性好、热稳定性好、化学与电化学稳定性高等优点，在锂金属电池上的应用前景很好。设计合成一种离子液体单体(IL),并与碳酸乙烯亚乙酯(VEC)通过自由基聚合反应共聚，制备基于P(IL-VEC)的SPE。该SPE具有良好的热稳定性和阻燃特性，室温下离子电导率较高，可抑制锂枝晶的生长，达到稳定电解质与电极界面。以该SPE匹配磷酸铁锂正极组装的全固态锂电池，循环稳定性和倍率性能较好。以0.2 C倍率在2.8～3.8 V循环，初始放电比容量达154 mAh/g,并可稳定循环超过200次，在第230次循环时的剩余容量为118 mAh/g。     

基于LLZTO固态电解质的固态锂金属电池

有机液态电解质具有可燃性,存在起火甚至爆炸等安全隐患,有限的电化学窗口限制了锂金属负极和高电压正极的应用。采用固态电解质代替电解液和隔膜,有望解决安全问题,更宽的电化学窗口可匹配锂金属负极和高电压正极,较大幅度地提高电池的能量密度。采用高温固相法合成具有高离子电导率(8.14×10^-4 S/cm)的锂镧锆钽氧(LLZTO)固态电解质。基于LLZTO电解质组装匹配镍锰酸锂(LNMO)高电压正极的锂金属电池,以0.05 C的倍率在3.5～5.3 V充放电,能稳定循环超过50次,放电比容量保持在100～120 mAh/g之间。     

碱性电池用准固态聚合物电解质膜

用乳化浸溃的方法,由交联聚丙烯酸、聚丙烯酸甲酯、氢氧化钾和水制备了准固态复合聚合物电解质(QSPE)膜.QSPE膜的室温离子电导率可达10-3S/cm数量级,可作为固态碱性电池的隔膜使用.研究了其组成、无机盐和纳米CeO2添加剂对QSPE膜离子电导率的影响及电解质膜的热稳定性.添加Na2SO4或1.0%的纳米CeO2,可使膜的离子电导率在55℃时,提高到10-2S/cm数量级;添加无机盐或纳米CeO2,膜的热稳定性较好.     

固态锂电池界面问题的研究进展

与传统锂离子电池相比,基于固体电解质的固态锂电池具有能量密度高、循环寿命长及安全可靠等特点,是当今能源存储领域的研究热点之一,未来有望在电动汽车和便携电子设备等领域得到广泛应用。固体电解质内部界面决定了电解质的离子电导率;与固液界面相比,固态锂电池中电极与固体电解质之间形成的固固界面具有更高的接触电阻,同时,界面相容性和界面稳定性显著影响固态锂电池的循环性能和倍率性能。因此,解决固态锂电池中的界面问题是取得电池性能根本性突破的关键因素。介绍了本研究团体在基于锂镧锆氧(LLZO)固体电解质的固态锂电池中不同界面问题的研究进展,并对固态锂电池中界面调控及优化做出展望。     

固态电解质对染料敏化太阳电池性能的影响

由于染料敏化太阳电池(简称DSCs)的光电转换效率高、制作的成本较低且工艺较简单等特点,被认为是薄膜太阳电池中最具市场潜力的新型电池之一。固态电解质在染料敏化太阳电池中起着运输载流子、还原染料等实现电池内部循环的作用。由于效率较高的液态电解质具有易泄露和挥发等特点,会影响电池的寿命和稳定性,所以制备性能较好的固态电解质对电池的产业化及实用化有重要意义,也是DSCs电池发展的必然趋势。论述了DSCs电池的基本工作原理及结构组成、发展现状及趋势,并结合相关工作介绍固态电解质对其寿命及稳定性的影响。     

固态电解质Li_(10)Ge_(0.75)Si_(0.25)P_2S_(12)的制备与电化学性能研究

采用固相反应法制备了固体电解质Li_(10)Ge_(0.75)Si_(0.25)P_2S_(12)(LSiGPS),用X射线衍射光谱法(XRD)、扫描电子显微镜法(SEM)、交流阻抗技术(EIS)、用恒电流间歇滴定技术(GITT)和恒电流恒电压测试分析了LSiGPS的物相、形貌、离子导电性和锂离子的扩散系数及相对应电池的充放电特性等进行了表征,结果表明,LSiGPS具有四方结构;在-40、25、50℃等较宽广的温度范围内,固态电解质的离子导电性(7.13×10~(-4)、6.57×10-3、2.21×10~(-2) S·cm~(-1))和液态电解液的离子导电性(8.03×10~(-4)、6.72×10-3、2.55×10-2S·cm~(-1))很接近;在3.60、3.95、4.18 V时,固态电解质锂离子扩散系数(4.65×10~(-10)、0.38×10~(-10)、0.53×10~(-10) cm~2·s~(-1))和液态电解液组成的锂离子电池的离子扩散系数(5.80×10~(-10)、0.57×10~(-10)、0.70×10~(-10)cm~2·s~(-1))基本处于一个数量级;LSiGPS固态电解质有很优异的耐高温安全性,在150℃收缩率接近于零。     

PMMA 为基的离子导电电解质的性质研究

制备了聚甲基丙烯酸甲酯（ＰＭＭＡ）－锂盐－增塑剂聚合物固态电解质，并研究了这类电解质的电化学性能。结果表明：以聚甲基丙烯酸甲酯为基的凝胶电解质的室温电导率超过１０－３Ｓ·ｃｍ－１，电导率与温度关系服从ＶＴＦ方程。发现以聚甲基丙烯酸甲酯为基的凝胶电解质的电化学稳定区大于４．５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ＋），这对锂电池中电极对的安全工作是有足够宽度的。如果这类凝胶电解质中的增塑剂采用碳酸丙烯酯（ＰＣ），则电解质用于二次固态锂电池时，由于ＰＣ对金属锂电极界面的腐蚀，会降低固态锂电池的循环性能，影响电池的寿命。