固态硫化物电解质与锂金属负极的界面稳定性研究进展

采用固态电解质和金属锂的全固态锂电池被认为是解决传统使用液态电解质的锂离子电池安全性差和能量密度低的终极方案。近年来,固态硫化物电解质在离子电导率和空气稳定性研究等方面取得了较大进展,但固态硫化物电池体系还有一些问题亟需解决,最为重要的就是固态硫化物电解质与锂金属负极的界面稳定性问题。因此,构建稳定的固态电解质/锂金属负极界面是实现高性能全固态锂电池的关键。该文针对目前基于硫化物电解质的全固态锂电池所面临的机遇和挑战,总结了固态硫化物电解质/锂金属负极界面所面临的问题和设计策略。     

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。     

锂电池百篇论文点评（2022.2.1—2022.3.31）

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以“lithium”和“batter~*”为关键词检索了Web of Science从2022年2月1日至2022年3月31日上线的锂电池研究论文,共有3128篇,选择其中100篇加以评论。层状正极材料的研究集中在高镍三元材料、镍酸锂、钴酸锂和富锂相材料,其相关研究关注表面包覆层、前驱体及合成条件、循环中的结构变化。负极材料的研究重点包括对硅颗粒的包覆,具有三维结构的硅/碳、硅/锡复合材料。金属锂负极的界面构筑及三维结构设计受到重点关注和研究。固态电解质的研究主要包括对硫化物固态电解质、氧化物固态电解质、聚合物与氧化物固体电解质复合材料的合成以及相关性能研究。液态电解液方面包括适应高电压正极材料及提升金属锂负极、石墨负极电池性能的添加剂与溶剂研究。针对固态电池,复合正极制备、双层电解质结构、锂界面枝晶及副反应抑制有多篇,其他电池技术主要偏重液态锂硫电池正极设计。表征分析涵盖了锂扩散、SEI形成、硫化物电解质的电化学与化学稳定性等方面。理论模拟工作涉及三元材料掺杂、电解液物化性质以及新型固态电解质搜寻,电池中电解液与正负极的界面以及固态电解质与Li的界...     

锂电池百篇论文点评（2022.12.1—2023.1.31）

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以“lithium”和“battery*”为关键词检索了Web of Science从2022年12月1日至2023年1月31日上线的锂电池研究论文,共有3084篇,选择其中100篇加以评论。正极材料的研究包括高镍三元材料、镍酸锂和镍锰酸锂的掺杂改性和表面包覆层来稳定结构及抑制界面副反应。负极材料的研究重点包括硅基负极材料、金属锂负极和无负极技术。其中硅基负极材料的相关研究集中在通过表面包覆、界面构建和开发新黏结剂体系来缓解体积膨胀问题。金属锂负极和无负极集流体的界面构筑受到重点关注和研究。固态电解质的研究内容主要包括对硫化物固态电解质、聚合物固态电解质与硫化物-聚合物复合电解质相关的合成、电解质薄膜制备以及电解质-电极界面构筑。液态电解质方面的研究集中在使用添加剂进行电解质-电极界面设计和调控。针对固态电池、正极材料的表面包覆、复合正极制备以及锂枝晶及界面副反应抑制有多篇文献报道。其他电池技术主要偏重液态锂硫电池正极设计。表征分析涵盖了化学成分和电池失效分析、锂除沉积行为和负极SEI。理论模拟工作涉及电池性能预测和电解质设计。电池中电解质与正负极的...     

固固转化反应硫正极的研究进展

锂硫电池(Li-S)理论能量密度高,且硫资源在地壳中分布丰富,被认为是最有前途的二次电池之一。传统液态锂硫电池中硫正极经历“固-液-固”转化反应,在充放电过程会产生可溶性多硫化物,引发溶解穿梭效应,导致活性材料损失和循环寿命不足等问题。“固-固”转化反应的硫正极可以避免长链多硫化物的溶解,从根本上解决穿梭问题。本文详细介绍了在硫正极实现“固-固”转化反应的不同策略及研究进展,分别对微孔结构限硫、有机聚合物共价键固硫、有机/无机杂化协同固硫等策略进行了机理探讨、优化方法总结和未来挑战分析。之后阐述了与上述固固转化反应硫正极匹配的固体电解质,并简要介绍了“准固态”转化的研究策略,最后对构建高能量密度锂硫电池提出了展望。     

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.     

含硅负极在硫化物全固态电池中的应用

硫化物固态电解质具有超高离子电导率和优良力学性能,是实现全固态电池最有希望的技术路线之一.为进一步提高硫化物全固态电池的能量密度,促进其应用,理论比容量接近石墨10倍(3759 mA·h/g)的硅负极材料具有极佳的应用前景.并且Si负极和硫化物固态电解质结合,可规避Si负极在液态电池中重复生成固态电解质界面层(SEI)...     

全固态锂电池的固态电解质进展与专利分析

固态锂电池由于具有安全性高、能量密度高等优势,已成为未来锂电池发展的必经之路.其中,固态电解质作为固态电池区别于传统液态电池的核心部件,已逐渐受到各国重视.本文介绍了三类固态电解质:聚合物、氧化物和硫化物固态电解质,分析了目前最新研究进展和突出研究成果.其中,聚合物电解质具有黏弹性好、机械加工性能优、质量轻等特点.氧化物固态电解质研究时间较长,本文简要介绍了钙钛矿型、NASICON型、Garnet型电解质.而硫化物电解质因具有较高的离子电导率,近年来也广受关注.最后对固态电解质的专利申请进行分析,期于让读者了解不同地区固态电解质的研究水平与进展,倡议加大相关研究经费的投入,为相关企业、高校寻求合作提供选择与建议.     

锂电池百篇论文点评(2021.2.1-2021.3.31)

该文是一篇近两个月的锂电池文献评述,以"lithium"和"batter*"为关键词检索了 Web of Science从2021年2月1日至2021年3月31日上线的锂电池研究论文,共有2566篇,选择其中100篇加以评论.本文对层状氧化物正极材料的研究集中在掺杂、包覆、前驱体及合成条件、循环中的结构变化,其中,高镍三元材料是讨论的重点.硅基负极材料方面关注体积膨胀及其带来的后续问题,相关研究内容包括对硅颗粒的包覆、复合硅基负极及其结构调控.金属锂、碳负极和氧化物负极等其他负极也有涉及,其中,对金属锂负极界面的研究和三维结构负极设计是重点.固态电解质的研究主要包括对硫化物固态电解质、氧化物固态电解质、聚合物-氧化物复合固体电解质的合成、掺杂以及相关性能研究.液态电解液方面主要为针对适应高电压三元层状氧化物正极和金属锂负极的电解液及添加剂研究,还有添加剂对正/负极界面层的调控作用和对石墨、硅负极的性能提升.对于固态电池,复合正极制备和设计、活性材料的表面修饰、锂金属/固态电解质界面等都是主要研究内容.其他电池技术偏重于基于催化、高离子/电子导电基体的复合锂硫正极构造以及"穿梭效应"的抑制.表征分析部分涵盖了金属锂沉积,石墨和硅负极的体积膨胀问题,正极的微结构、过渡金属元素溶解和产气以及固态电池中电解质分解、界面接触损失等问题.理论模拟工作涉及固态电池中界面接触损失、锂负极的沉积和剥离、电极界面稳定性.界面主要涉及固态和液态电池中SEI及其可视化表征.     

全固态锂离子电池关键材料研究进展

全固态锂离子电池采用固态电解质替代传统有机液态电解液,有望从根本上解决电池安全性问题,是电动汽车和规模化储能理想的化学电源。为了实现大容量化和长寿命,从而推进全固态锂离子电池的实用化,电池关键材料的开发和性能的优化刻不容缓,主要包括制备高室温电导率和电化学稳定性的固态电解质以及适用于全固态锂离子电池的高能量电极材料、改善电极/固态电解质界面相容性。本文以全固态锂离子电池关键材料为出发点,综述了不同类型的固态电解质和正负极材料性能特征以及电极/电解质界面性能的调控和优化方法等,阐述了未来全固态锂离子电池关键材料的发展方向以及界面问题的解决思路,为探索全固态锂离子电池产业化前景奠定基础。