全固态锂电池的开发现状

介绍了锂离子电池的工作原理,分析了用固态电解质取代液态电解质的优点,探讨了锂电池固态电解质的发展及全固态锂电池的开发动向。     

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。     

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。     

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。     

无机固态锂离子电池电解质的研究进展

无机固态锂离子电池因其高安全性、高能量密度和宽的工作温度范围,成为研究的热点。综述了Li PON、石榴石型和硫化物电解质的离子电导率及其应用于全固态锂离子电池的研究。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Surface and morphological investigation of the electrode/electrolyte properties in an all-solid-state battery using a Li<Subscript>2</Subscript>S-P<Subscript>2</Subscript>S<Subscript>5</Subscript> solid electrolyte

All-solid-state lithium-ion batteries represent a promising battery technology thanks to the replacement of the volatile and flammable state-of-the-art liquid electrolyte by a solid electrolyte. Despite the recent progress in the synthesis of sulfide based solid electrolyte with high ionic conductivity, little is known about the interface reactivity of the solid electrolyte with electrode materials. In this study, we synthesized and characterized an amorphous solid electrolyte with the nominal composition (Li₂S)₃(P₂S₅). We assessed the feasibility of using this electrolyte at the laboratory scale, and we discuss the potential challenges that govern its electrochemical performance. Galvanostatic cycling and rate performance measurements were conducted using lithium titanium oxide (Li₄Ti₅O₁₂) as the negative electrode material. The electrochemical measurements were performed using two different counter electrodes, namely Li metal and an InLi_x alloy. The alloy counter electrode suppressed the formation of lithium dendrites, resulting in increased cycling stability and cell safety. Post mortem X-ray photoemission spectroscopy measurements reveal the reactivity of the solid electrolyte Li₃PS₄ with the Li₄Ti₅O₁₂, lithium metal, and InLi_x alloy.     

钒氧化还原液流电池研究进展Ⅱ电池材料的发展

介绍了国内外钒氧化还原液流电池的电极材料 (炭素类和金属类 )、集流板、电池隔膜材料的研究发展状况以及电解液的制备情况。石墨作电池正极易腐蚀 ,DSA电极可用于钒电池 ,但成本较高 ;石墨毡是一种稳定的电极材料 ,质量轻、成本低 ,对其进行各种处理可提高电池性能。集流板和电池隔膜材料都制约着钒电池的发展 ,详细介绍了它们的发展情况。如何高效制备出钒电池电解液并提高其稳定性也是研制钒电池的重要问题     

全固态薄膜锂蓄电池研究进展

全固态薄膜锂蓄电池是目前国内外电池研究的新热点,其在未来微电子器件中具有广泛的应用前景.综述了全固态薄膜锂蓄电池国内外研究状况,介绍了全固态薄膜锂蓄电池的结构、工作原理及制备方法,并对全固态薄膜锂蓄电池的正负极膜及电解质膜研究情况作了详细的阐述.     

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。     

锂离子无机固体电解质研究进展

锂离子无机固体电解质是先进锂电池材料研究的重点之一,对锂电池未来的发展起到非常重要的作用.综述了几种主要类型锂离子无机固体电解质材料的结构、性质和改性研究,并且对一种性能优良、具有实用前景的固体电解质材料--LiPON进行了详细叙述,最后对以LiPON为代表的锂离子无机固体电解质的可能发展方向及其改性途径做出展望.     

锂离子蓄电池有机电解液添加剂

有机电解液添加剂是近年来锂离子蓄电池研究中的一个热点。综述了锂离子蓄电池有机电解液添加剂的一般特点 ,并从主要用以改善电极SEI膜性能的添加剂、主要用以提高电解液电导率的添加剂、过充电保护添加剂、主要用以改善电池安全性的添加剂和主要用以控制电解液中酸和水含量的添加剂五个方面综述了当前锂离子蓄电池有机电解液添加剂的研究现状。重点论述每一种添加剂作用机理、特点以及它们在锂离子蓄电池有机电解液中的应用研究现状 ,同时对它们的优缺点也进行了适当的评述     

基于分数阶阻抗模型的磷酸铁锂电池荷电状态估计

锂电池荷电状态(SOC)估计是电池管理系统中不可或缺的重要组成部分。锂电池传统整数阶等效电路模型未充分考虑其内部电化学反应现象,故将导致SOC估计结果偏离真实状态。文中以磷酸铁锂电池单体为研究对象,提出一种基于分数阶阻抗模型的锂电池SOC估计方法。该方法利用分数阶元件表征锂电池内部固液界面的输运现象和极化效应,基于分数阶微分理论建立状态转移方程和系统量测方程,并针对锂电池高度非线性的工作特性,利用无迹变换逼近原始状态分布,运用分数阶无迹卡尔曼滤波算法估计锂电池SOC。实验结果表明,分数阶阻抗模型能准确描述锂电池工作特性,所提算法在估计精度和跟踪速度上有一定提高。     

锂离子电池针刺测试影响因素研究

对锂离子电池进行针刺测试时,电池很容易发生内部短路,进而发生爆炸起火等危险。为了提高电池的稳定性,本文从隔膜、电解液阻燃添加剂、导电剂黏结剂和电池结构四个方面综述了有关电池针刺测试的影响因素,并提出了合理化建议,这对提高电池的安全性能,促进电池产业发展有很大的帮助。