全固态锂电池关键材料—固态电解质研究进展

全固态锂电池具有能量密度高、循环寿命长和高安全性等优点,成为当前的研究热点。固态电解质是全固态锂电池的核心,主要包括氧化物、硫化物、聚合物以及复合型固态电解质。当前,发展全固态锂电池的关键是设计和制备具有高离子电导率的固态电解质,解决固态电解质与电极间的固–固界面问题。本文综述了全固态锂电池固态电解质以及固态电解质与电极间固–固界面的稳定兼容问题的最新进展,并展望了未来全固态锂电池的研究重点和发展方向。     

固态金属锂负极界面研究进展

开发下一代高安全性、高能量密度电池是电动汽车、可穿戴便携电子设备与可再生能源高效利用的关键。固态金属锂电池是极有希望的下一代电池体系。本文首先综述了固态电解质与界面特性,包括固态电解质中的离子传输机理和固态电解质分类,指出金属锂电极与固态电解质之间有限的固-固界面接触是固态金属锂电池实用化的重要挑战,其界面演变特性主导了固态电池的性能表现。界面演变是机械-化学-电化学耦合的过程。其次,文章综述了电池界面失效机制与构筑策略,指出界面失效包括枝晶状沉积引发的电池短路与空穴累积、副反应导致的电化学界面脱触等,使用界面润湿剂、引入界面缓冲层或构造三维多孔骨架结构化电极等是解决界面问题的重要手段。最后,文章总结指出,固态金属锂电池仍有巨大的进步空间,先进的理论研究和表征手段为进一步认识和理解固-固界面提供了新的机遇,通过界面化学、材料科学、系统工程等领域的交叉共融,有望共同推动下一代高安全、高能量密度固态储能技术的发展。     

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。     

锂金属电池用复合固体电解质及其界面研究进展

相比于液态锂电池,固态锂金属电池由于电解质不易燃、不挥发而具有更高的安全性。此外,固态电解质能够有效抑制锂枝晶的生长,使基于高能量密度的锂金属作为负极材料成为可能。但是,固态锂金属电池存在着界面阻抗大、固体电解质/电极兼容性差、电解质离子电导率低及电化学窗口较窄等问题。因此,开发高性能的柔性固体电解质对推动固态锂金属电池的发展起着重要作用。本工作总结了固态锂金属电池中聚合物与不同类型填料复合最新研究进展及复合固体电解质匹配电极材料时存在的界面阻抗大问题与解决策略。     

聚合物固态电解质界面及其优化的研究进展

基于聚合物电解质的固态锂金属电池具有较高的安全性和稳定性，是下一代储能装置的理想选择。然而，电极与聚合物电解质之间的界面仍然是阻碍固态锂金属电池实际发展的关键问题。因此，对聚合物电解质与正负极之间的界面问题进行详细介绍，包括界面接触不良、电极相容性差以及锂枝晶生长，并总结了缓解界面问题的有效方法，展望了聚合物电解质界面的研究方向，为高能量密度固态锂金属电池的研发提供指导。     

固态金属锂电池研究进展：外部压力和内部应力的影响

固态锂金属电池具有理论能量密度高、安全性高等优势,是极有前景的下一代储能系统。然而,固体电极与固体电解质之间有限的固–固接触严重阻碍了界面离子的传输。因此,增加外部压力是增加固–固接触及延长电池循环寿命的重要途径。同时,在充放电过程中,电极体积变化产生的内应力也将影响电池界面特性。通过介绍两种基本物理接触模型,结合硫化物、氧化物、聚合物电解质以及金属锂的物理性质,综述了外压和内部应力对电解质、电极及电池的影响。最后,对外压力与内应力在全固态金属锂电池中的作用进行了总结和展望。     

锂金属电池发展及材料分析

随着人们对锂电池续航要求不断提高，开发新体系的锂电池成为研究的热点。锂金属电池凭借着较高的比能量，吸引着众多的关注。但是由于存在正极材料克容量和稳定性不足、固态电解质材料界面阻抗大以及锂金属负极膨胀等各方面的限制，导致目前锂金属电池距离大规模应用仍有一段距离。本文从常用的正极材料、锂金属负极材料以及固态电解质材料出发，论证分析了各个材料目前的技术进展，并评估了各个材料的发展前景。     

无机有机复合固态电解质研究进展

基于固态电解质的锂电池具有高能量密度和高安全的优势,是下一代储能系统的重要发展方向。然而单一固态电解质存在离子电导率低、界面阻抗大等问题。无机有机复合固态电解质结合了氧化物和聚合物材料的优势被认为是最有潜力的体系。本文综述了无机有机复合固态电解质的研究进展,包括电解质的设计制备以及界面行为的改善,并展望了固态电池的发展。     

固态锂电池发展现状与技术进展

简述了固态锂电池组成的结构与特点,固态锂电池的核心部件——固态电解质、固态锂电池电极材料研究进展,固态锂电池的制备工艺与产业化现状。固态锂电池具有安全性高、能量密度高的特点,其发展核心在于固态电解质等材料技术与电池技术的突破,是新能源汽车电池极有希望的发展方向,前景广阔。     

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。     

固态聚合物电解质性能提升方法的研究进展

商用锂离子电池由于使用危险和易燃的液体电解质,容易发生火灾和泄漏问题,存在安全隐患。全固态锂离子电池由于其安全性和潜在的高能量密度优势,被认为是下一代能量存储设备。固态聚合物电解质作为全固态锂电池的关键部件,具有良好的不可燃性和对锂金属阳极的适应性,近年来受到广泛关注。但其离子导电性低、力学性能差以及循环寿命不足等限制了其实际应用。根据近年来的研究进展,本文总结了优化固态聚合物电解质性能的方法,包括增加离子电导率,提高电压稳定性、抑制枝晶形成、增加离子选择性和降低界面电阻等,并简要分析了聚合物电解质的现状和发展前景,为固体聚合物电解质基电池的广泛应用奠定了基础。     

硫化物固态电解质电化学稳定性研究进展

锂离子电池固态化在大幅提高安全性的同时可兼具高能量和高功率密度,在电动车、国防等领域具有重大的应用前景。在实现全固态锂电池的3种固态电解质体系中,硫化物固态电解质由于具有最高的离子电导率、较好的机械延展性以及与电极良好的界面接触等优点,成为最具潜力的技术方向。然而其空气稳定性和电化学稳定性较差,尤其是后者直接限制了其在高能量密度全固态锂电池中的应用。通过从实验及理论计算两方面总结归纳了迄今为止关于硫化物固态电解质电化学稳定性的研究进展,并对现有提升硫化物固态电解质电化学稳定性的实验思路和理论结果进行了总结。     

全固态锂离子电池的研究进展与挑战

全固态锂离子电池具有安全性高、电化学性能优异等优点,但存在电极与电解质界面相容性差、室温离子电导率低等问题。本文总结了以上问题产生的原因及解决方案。对于正极界面,可复合正极材料与固态电解质、构造三维多孔结构固态电解质或在界面处引入缓冲层。对于负极界面,可设计界面层、原位聚合生成固态电解质、构造固态电解质骨架或使用自愈合和弹性固态电解质。对于固态电解质自身,以聚氧化乙烯（PEO）固态聚合物电解质为例,可添加增塑剂、无机陶瓷填料或构造聚合物共混物与嵌段共聚物。最后,对今后的研究方向提出了建议：应注重优化电极/固态电解质界面层;探索锂离子传输机理;构建具有高离子电导率的固态电解质等。     

基于聚合物固态电解质的锂负极保护策略及研究进展

聚合物固态电解质因具有较好的柔软性和可加工性,成为一种非常具有应用前景的固态电解质。但在循环过程中,具有高反应活性的锂金属会与电解质材料和锂盐发生持续反应,生成不稳定的固态电解质界面（SEI）。这不仅导致了活性材料的损失,还可能因锂枝晶的生长而产生安全隐患。为了促进固态电解质的进一步发展,亟需解决电解质与电极之间较差的界面稳定性和兼容性等问题。基于此,本文综述了常见的几种聚合物固态电池界面的优化方法,以及最新的研究进展,对聚合物固态电解质在全固态电池中的应用进行了展望,提出了今后研究中应重点关注的技术和方向。     

聚偏氟乙烯基聚合物电解质膜在高能量密度金属锂负极固-液混合电池中的应用

使用聚合物基固态电解质膜的金属锂负极固–液混合电池是一种有望实现的高能量密度、高安全性新型锂电池。采用大面积涂覆成膜的方式实现了高性能聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物电解质薄膜的制备,通过对电导率、耐高压性能、与金属锂负极界面稳定性、扣电性能等电化学性能的测试,验证其在高能量密度电池中应用的可能性,组装了350 W?h/kg的软包固–液混合电池和1～4层双电极软包电池,最后提出了有望实现400 W?h/kg以上超高能量密度的可行技术方案。     

体型无机全固态锂离子电池研究进展

体型无机全固态锂离子电池具有无安全隐患、使用温度范围广、能量密度高以及循环寿命长等优势,是未来锂离子电池的发展趋势,然而高性能全固态电池的制备仍然是研究中的难点和热点。围绕不同的制备方法,对体型无机全固态锂离子电池的结构设计、界面问题、容量性能、能量密度和循环性能的研究进展进行综述,并着重讨论了提高固态电解质综合性能、改善电极层与固态电解质层间界面问题以及合理设计电池结构的原则和方法。     

石榴石型固态电解质Li7La3Zr2O12的改性研究现状

固态电解质是高安全性、高能量密度的全固态锂电池的核心部件,其典型代表Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)具有高离子电导率、高机械强度、高电化学稳定性、低界面阻抗以及对锂金属负极良好的稳定性等优势,是科研人员重点关注的对象之一,但与液态电解质相比,目前LLZO仍存在低离子电导率和与电极固-固界面接触等问题。本文主要简介了LLZO的晶体结构、改性方式等对其离子电导率及界面阻抗的影响,同时对LLZO现存的问题进行了总结,对LLZO的未来发展方向进行了展望,为探索全固态锂电池的实际生产应用提供理论指导。     

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。     

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。     

柔性硫化物固态电解质研究进展

采用固态电解质的固态锂电池有望从根本上提高电池的安全性能及能量密度,被认为是最具应用前景的下一代电池技术之一.在诸多固态电解质中,硫化物固态电解质由于超高的离子电导率被认为最具实用化前景,但固态电解质膜易碎、难以加工等问题严重阻碍了其在固态电池中的应用.近年来,大量研究成果表明在固态电解质中引入柔性聚合物或柔性支撑载体...