聚合物固态锂电池专利分析CSCD

本文以聚合物固态锂电池技术的专利为研究对象,运用专利文献计量学方法,使用Thomson Data Analyzer(TDA)和Microsoft Excel等分析工具,对德温特专利数据库中收录的聚合物固态锂电池技术相关专利的时序分布、国家/地区布局、技术主题、重点申请人等方面进行了分析,并对中国科学院专利在线分析系统中收录的在中国申请的相关专利进行了重点分析,以期为该领域的研发提供参考.     

冠醚掺杂的聚合物固态电解质对全固态锂电池性能的影响北大核心CSCD

聚氧化乙烯(PEO)基固态电解质由于高的柔韧性、优异的加工性以及良好的界面兼容性等在全固态锂电池中极具应用前景,但其较低的室温离子电导率和较窄的电化学窗口限制了其高效应用。本工作采用溶液浇铸法将含有极性官能团的冠醚(15-C-5)分子分散在PEO/双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)基质中制备PEO/15-C-5聚合物固态电解质。重点探究冠醚含量对固态电解质中Li+传递的影响,同时对聚合固态电解质的形貌、力学性能、电化学性能进行系统研究。结果表明:10%15-C-5在PEO中分散性较好,可有效降低PEO的结晶度,进而提升PEO链段运动性,使其抗拉强度达1.83 MPa。15-C-5与锂离子间强的络合作用促进锂盐解离,同时对阴离子产生静电排斥,从而增强离子电导率并提高锂离子迁移数,30℃下离子电导率达到1.00×10^(-5)S/cm,60℃下锂离子迁移数达到0.42,分别是PEO电解质的4.5和1.9倍。另外冠醚与阴离子形成的静电排斥中心易捕获锂离子形成较为稳定的悬停位点,降低了PEO链段形成的O-Li络合活性位点促进C-O-C结构分解的可能性,从而提高PEO电解质的分解电压(从4.29 V到5.42 V)。与镍钴锰三元正极匹配的全固态锂电池展现出稳定的长循环性能,其在60℃、0.5 C的条件下初始放电比容量达到159 mAh/g,经100圈循环之后容量保持率达到89%。与磷酸铁锂正极匹配组装的全固态锂电池同样表现出优异的性能。     

固态锂电池聚合物电解质研究进展

目前锂离子电池的关键挑战是如何提高电池的能量密度和电池的安全性,使用固态电解质的固态锂电池可以有效地缓解这两个问题。固态电解质是固态电池发展的关键材料。固态聚合物电解质(solid-statepolymer electrolyte,SPE)具有较高的柔韧性、优良的加工性和良好的界面接触性,是固态锂金属电池理想的电解质材料。SPE的离子导电性、电化学窗口以及与电极之间界面的稳定性对固态锂电池的综合性能起着至关重要的作用。根据电化学稳定窗口的不同,本文主要综述了：(1)低电压稳定SPE,与锂金属具有良好的相容性,通过交联、共混、共聚以及与无机填料复合的方法可以有效降低其结晶度,提升聚合物离子电导率;(2)高电压稳定SPE体系,能够匹配高电压正极使用,有效提高锂金属电池的能量密度;(3)多层结构SPE体系,能够同时承受锂金属负极的还原和高电压正极的氧化,为进一步开发高性能SPE和提高电池能量密度提供了新思路。最后,对三种SPE体系进行了总结和展望,指出低电压稳定SPE的研究重点在于提高离子电导率以及力学性能,高电压稳定SPE的关键在于降低材料的最高占据分子轨道(highest occupie...     

锂电池用全固态聚合物电解质的研究进展

目前大规模商业化的锂二次电池普遍采用有机碳酸酯类的液态电解质,易泄露、易燃烧、易爆炸等安全问题限制了该类电解质的进一步应用。全固态聚合物电解质（all-solid-state polymer electrolytes,ASPEs）电池具有安全性能好、能量密度高、工作温度区间广、循环寿命长等优点,是锂离子电池领域的研究热点之一。ASPEs通常还具有优异的力学性能,可以很好地抑制锂金属电极在充放电过程中的枝晶生长,所以在锂金属电池领域也具有十分重要的应用前景。作者综述了研究较多的几种ASPEs体系,包括聚氧化乙烯（PEO）基体系、聚碳酸酯基体系、聚硅氧烷基体系、聚合物锂单离子导体体系。PEO基ASPEs是研究最早且研究最多的一类ASPEs材料,但其高结晶性造成室温Li+迁移困难、离子电导率低等问题,所以研究人员研发了一系列降低PEO结晶度、提升体系离子电导率的改性手段。聚碳酸酯基ASPEs主链结构中含有强极性碳酸酯基团而且室温无定形态,使得锂盐更容易解离,且室温离子电导率一般较PEO基要高,是比较有潜力的PEO基ASPEs替代材料。除了碳链聚合物,玻璃化转变温度较低的聚硅氧烷基ASPEs体系也因为其较高的离子电导率受到研究人员关注。在锂电池充放电过程中,Li+才是有效载荷子,电解质中阴离子的迁移会增加电解质体系的浓差极化,所以阴离子不发生迁移、Li+迁移数接近于1的聚合物锂单离子导体也是一类具有研究价值的ASPEs材料。最后,本综述讨论了全固态聚合物电解质的应用前景及未来发展方向,指出了PEO基体系的研究重点在于发展有机-无机复合体系、聚碳酸酯基体系的研究重点在于发展与其它聚合物的共混体系、聚硅氧烷基体系的研究重点在于增强体系力学性能、聚合物锂单离子导体体系的研究重点在于设计离子电导率更高的新型聚阴离子锂盐。     

固态锂电池复合固态电解质研究进展

固态锂电池因质量轻、安全性高、能量密度大、循环寿命长等优点而备受关注,具有广阔的应用前景。其工作原理与传统锂电池基本相同,最大的区别在于电解质不同,固态锂电池采用固态电解质。作为全固态锂离子电池的核心部件,固态电解质的研发是固态锂电池发展的关键因素。目前单一的固态电解质存在着离子电导率低、锂沉积产生锂枝晶而刺穿隔膜、界面不稳定等问题,无法很好地满足固态锂电池的性能要求。而由无机填料和聚合物固态电解质复合而成的复合固态电解质,兼具多种固态电解质的优点,具有稳定的物理和电化学特性,近年来的研究使得离子电导率和电化学稳定性得以提升,综合性能超越了单一的固态电解质。通过精确控制复合固态电解质的组分和结构,可以实现对其各方面物理化学性质的调控。未来的重点研究方向是调整改进复合固态电解质中各种材料的比例,或者探索具有更优异性能的电解质及其辅助材料,开发综合性能优异的新型固态电解质材料。     

全固态锂电池界面的研究进展

与传统锂离子电池相比,基于无机固体电解质的全固态锂电池,具有安全性能高、循环寿命长、能量密度高等优点,是目前锂电池研究领域的热点之一,未来有望在电动汽车和智能电网等领域得到广泛应用。全固态锂电池中,电极与固体电解质之间的固固接触相比固液接触具有更高的界面接触电阻,同时,界面相容性和稳定性也显著影响全固态锂电池的循环性能和倍率性能。而在固体电解质中,晶界电阻决定了电解质整体的离子电导率,因此,界面问题是决定电池电化学性能的关键所在。本文重点综述了全固态锂电池中各种界面问题的研究现状,主要包括界面调控机理、修饰方法,并指出全固态锂电池中界面调控面临的挑战。     

全固态聚合物锂电池的科研进展、挑战与展望CSCD

锂离子电池已经广泛地应用于国民经济的诸多方面。然而,随着消费电子产品和电动汽车对锂离子电池能量密度和安全性能要求的不断提升,开发兼顾两者性能的高性能锂离子电池迫在眉睫。基于传统液态有机碳酸酯类电解液的锂离子电池存在电解液泄漏、挥发、燃烧、爆炸等潜在安全隐患。相对于无机全固态锂电池而言,全固态聚合物锂电池更容易大规模制造,是实现锂电池高能量密度和高安全性的相对理想的解决方案。作为全固态聚合物锂电池的最核心部件,全固态聚合物电解质起着至关重要的作用。基于此,本文重点论述了聚环氧乙烷、聚硅氧烷、脂肪族聚碳酸酯等几种典型全固态聚合物电解质的科研进展。与此同时,还对近几年国内外知名公司企业以及科研院所在全固态聚合物锂电池方面的技术应用现状和专利布局进行了系统分析。文末还对全固态聚合物锂电池用高性能全固态聚合物电解质的设计制备、新型锂盐开发、正极材料黏结剂、负极优化、界面构筑调控、制备成型工艺等方面面临的主要挑战和发展趋势进行了阐述。     

固态锂电池研究及产业化进展

相比于传统液态锂离子电池,固态锂电池(SSLB)用固态电解质代替有机电解液,安全性和能量密度均大大提升,可以有效降低电动汽车安全隐患和缓解用户续航里程焦虑.固态电解质作为电子绝缘体和离子导体是SSLB核心要素之一,同时其存在离子电导率低、界面阻抗大和界面稳定性差等问题.通过研究近期相关文献,对硫化物固态电解质、氧化物固态电解质、聚合物固态电解质以及复合固态电解质锂电池的离子导电机理、研究进展、存在的主要问题及解决方案进行了综述和讨论.对于提高离子电导率,重点介绍了调整固态电解质组分的方法.对于改善界面问题,主要介绍了界面设计和制成工艺方法改善思路.综合分析表明,通过掺杂和包覆改性固态电解质、探索先进界面研究和诊断技术并指导设计具有优良锂离子传输能力的界面、创新和优化工艺能有效地提升固态电解质综合性能.最后列举了国内外重点企业的固态锂电池产业化进程,对固态锂电池未来应用前景进行了分析和展望.     

全固态锂电池的电极制备与组装方法

全固态锂电池由于具有安全性高、循环寿命长、能量密度高等特点,在化学电源领域具有非常好的应用前景.因全固态锂电池是一种使用固体电极材料和固体电解质材料,不含任何液体的锂电池,所以全固态锂电池的电极制备以及组装与现有液态锂电池的方法存在较大差异.本文详细综述了典型的几类全固态锂电池的电极制备与组装方法及相应的性能特征,分别针对氧化物、硫化物以及聚合物固体电解质体系,归纳分析其结构、正极制备方法、负极修饰方法以及电池组装方式,并在最后对全固态锂电池的实验室开发组装方式给出了建议,为全固态电池研究的同行们提供借鉴和参考.     

全固态锂电池技术发展趋势与创新能力分析

科技创新加速推进全球能源格局朝向绿色、低碳、清洁、高效、智慧、多元方向转变,而高能量密度的储能器件是实现可再生能源消纳、促进终端应用电气化的关键.全固态锂电池作为下一代高能量密度主流技术方案受到业界广泛关注.本文综述了全固态锂电池中固态电解质研究现状,分析并提出了该技术面临的主要挑战和未来发展趋势.结合文献计量和专利计...     

Progress of inorganic solid electrolyte for lithium ion batteries

目前,商品化的锂离子电池电解液主要以碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯等有机溶剂为溶剂,在电池使用过程中,存在电解液分解、锂枝晶生成和漏液等问题,从而影响电池的稳定性和安全性。无机固态锂电池电解质具有热稳定性高、电化学性能稳定、与高电压正极材料相容性好、安全性高及环境友好等优点,是目前储能领域研究的一个热点。研究和开发具有高离子电导率的无机固态电解质是促进其在电池中应用的关键和难点,本文综述了几类目前研究较多的LiPON型、钙钛矿型、石榴石型、LISICON型电解质,重点关注了其在离子电导率方面的研究及应用进展。     

固态锂硫电池电解质及其界面问题研究进展

固态锂硫(Li-S)电池通过固态电解质代替传统液态电解液体系,有望同时解决液态Li-S电池多硫化物的穿梭效应、锂金属与液态电解液的副反应、安全性能差等关键科学问题,发挥其高稳定性、高能量密度的优势.然而,固态Li-S电池在固态电解质和电极/电解质界面问题上面临着巨大挑战,本文详细介绍了硫化物固态电解质和聚合物基体电解质...     

Brief analysis the safety of solid-state lithium ion batteries

锂二次电池因其具有能量密度高、循环寿命长、无记忆效应、无污染等优点,使得其在便携式消费电子产品、电动汽车、能量储存等领域具有广泛的应用前景。目前,锂二次电池的能量密度和安全性是当今世界的研究热点。但对于传统液态电解质的锂离子电池而言,尽管从材料、模组、电源管理、热管理、系统设计等各个层面均采取了多种改进措施,然而高能量密度电芯的安全性问题依然突出,热失控问题难以彻底避免。因此,为了提高锂电池的安全性,发展理论上不易燃的固态锂电池是解决锂电池安全问题的必由途径。本工作比较了传统液态锂离子电池与固态锂电池结构特征,总结了其各自优缺点,进一步深入剖析了传统液态锂离子电池安全问题产生的根本原因,提出了解决锂离子电池安全性问题的最佳方案,并通过对自主研发的系列容量固态锂（离子）电池的安全性能进行测试,证实了固态锂电池的高安全特性。     

All solid-state sheet battery using lithium inorganic solid electrolyte, thio-LISICON

All solid-state sheet lithium battery was developed using inorganic solid electrolyte, thio-LISICON (Li_3.25Ge_0.25P_0.75S₄), Li–Al anode, and Mo₆S₈ cathode materials, and the sheet manufacturing process was established. The new sheet-configuration was consisted of the cathode with the grid of current collector, electrolyte sheet with or without mechanical support, and aluminum/lithium composite sheet anode. A sheet battery with a dimension of 30 mm × 30 mm showed good charge–discharge characteristics without any capacity fading at a current of 0.1 mA.     

All solid state lithium ion rechargeable batteries using NASICON structured electrolyte

Abstract

NASICON (Sodium super ionic conductor) structured Li_1·5Al_0·5Ge_1·5(PO₄)₃ (LAGP) solid electrolyte is synthesized through a solid state reaction. The total conductivity of the LAGP electrolyte is 7×10^?5 S cm^?1 with a potential window larger than 6 V. All solid state lithium batteries are fabricated using LiMn₂O₄ as a cathode, LAGP as an electrolyte and lithium metal as an anode. The LiMn₂O₄/LAGP/Li cell can deliver a capacity of about 80 mAh g^?1 in the first discharge cycle and increases gradually with charge/discharge cycles, indicating that LAGP can be used as a promising electrolyte for lithium rechargeable batteries.     

Four volts class solid lithium polymer batteries with a composite polymer electrolyte

Polyethylene oxide (PEO)-based polymer electrolytes with BaTiO₃ as a filler have been examined as electrolytes in 4 V class lithium polymer secondary batteries. A mixture of 90 wt.% LiN(CF₃SO₂)₂–10 wt.% LiPF₆ was found to be the best candidate as the salt in PEO, and showed high electrical conductivity, good corrosion resistance to the aluminum current collector and low interfacial resistance between the lithium metal anode and the polymer electrolyte. The cyclic performance of the cell, Li/[PEO₁₀–(LiN(CF₃SO₂)₂–10 wt.% LiPF₆)]–10 wt.% BaTiO₃/LiNi_0.8Co_0.2O₂/Al, showed good charge–discharge cycling performance. The observed capacity fading on charging up to 4.2 V at 80 °C in the cell was about 0.28% per cycle in the first 30 cycles, compared to that of 0.5% for the polymer electrolyte without LiPF₆ in the lithium salt.     

有机物辅助的硫化物电解质基固态电池

固态电池利用固态电解质替换电解液,为电池的发展提供了高能量密度和高安全性的保障,其中硫化物固态电解质因其高离子电导率等优势受到了广泛关注。然而使用硫化物固态电解质还会面临电极/电解质接触较差、与电极发生界面副反应、空气稳定性差的问题,往往需要与一些有机物配合以改善电池性能,例如有机溶剂、有机电解液或聚合物。本文综述了不同种类有机物对硫化物固态电解质的辅助作用,首先回顾了基于硫化物固态电解质的准固态电池发展现状,分别从正极、电解质、负极及相互界面处添加电解液或溶液的角度,阐述了液体添加对准固态电池产生的界面浸润、构筑保护层等增益作用;其次介绍了聚合物/硫化物复合固态电解质的湿法和干法制备,对比了极性和非极性聚合物黏结剂在制备工艺上的差异,着重分析了有机组分的添加对复合电解质离子电导率等性能的影响;阐述了通过溶液法对复合正极内部界面的改善方法,并补充介绍了薄片状(Sheet-type)电极的制备工艺与发展前景;最后总结了目前有机组分在与硫化物固态电解质配合时面临的难点,展望了未来研究工作的发展方向,为组装高性能硫化物基固态电池提供思路。     

Electrochemical stability of lithium bis(oxatlato) borate containing solid polymer electrolyte for lithium ion batteries

The electrochemical stability of lithium bis(oxatlato) borate (LiBOB) containing solid polymer electrolyte has been evaluated both by inert electrode and real cathodes. Enhanced intrinsic anodic stability and decreased interface impedance, are obtained by addition of nano-sized MgO to PEO₂₀-LiBOB. It is also found that the LiBOB-containing SPEs exhibit prominent kinetic stability between 3.0 and 4.5 V. For cells using SPEs as the separators, good cycling performance is obtained for real 4 V class cathodes material LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ and LiCoO₂. The Li|PEO₂₀-LiBOB|LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ cell takes an initial capacity of 156.8 mAh g⁻¹, with retention of 142.5 mAh g⁻¹ after 20 cycles at 0.2C-rate. The cell also works well up to 1C-rate. The addition of nano-sized MgO into PEO₂₀-LiBOB readily reduces the irreversible capacity per cycle, both for LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂ and LiCoO₂ cathodes. In addition, the critical role of LiBOB in obtaining kinetic stability and passivating ability towards cathodes are specially discussed.     

Cost-effective and ecologically safe electrolyte for lithium batteries

The electrochemical characteristic of solutions of lithium benzolsulfonate in dimethylsulfoxide is considered. DTA/TGA is employed to analyze the thermal stability of salt. The conductivity of solutions was determined. So, for example, conductivity lithium benzolsulfonate in dimethylsulfoxide is 3.8 mSm/cm. The area electrochemical stability of solutions is in an interval 4.5–4.6 V. Electrochemical properties of lithium manganese oxide spinel in tested solutions were investigated. The charge–discharge capacity of lithium manganese oxide spinel is 65 mAh g⁻¹ (in interval of potentials from 3.2 to 4.4 V Li/Li⁺) and 190 mAh g⁻¹ (in interval of potentials from 1.8 to 4.0 V Li/Li⁺) for vanadium oxide (V).