芳纶-固态离子导体复合隔膜的制备与性能

采用非溶剂诱导相分离法(NIPS)制备了具有高热稳定性和良好电解液浸润性的芳纶-固态离子导体复合隔膜(PMIA-LATP-PEO)。在复合材料体系中,聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)是绝缘和高温稳定性的基体,具有NASICON型骨架结构的磷酸钛铝锂(LATP)均匀分布于基体之中,用于提高隔膜的离子电导率,聚环氧乙烷(PEO)在制膜过程中起到调节孔径的作用,并可提升与锂金属的界面相容性。采用扫描电子显微镜(SEM)及能谱分析(EDS)观察隔膜形貌及元素分布,DSC和TGA及热收缩方法表征了其热稳定性,电化学技术测试了其离子电导率、锂离子迁移数等电化学性能,并测试了隔膜在LiFePO₄||Li电池中的循环性能和倍率性能。研究结果表明：PMIA-LATP-PEO复合膜具有丰富的立体孔隙结构,在200℃高温下保持尺寸形态稳定,绝缘性可靠。该隔膜的锂离子电导率达2.07×10^-3S/cm(25℃),锂离子迁移数(t_Li+)为0.75。此外,PMIA-PEO-LATP复合膜对锂稳定性好,在Li||Li对称电池中以0.5 m A/cm...     

低成本无氟水系混合溶剂醋酸锂电解液研究

利用共溶剂1,5-戊二醇(PD)和聚乙二醇(PEG)改进13 m(m=[mol盐]/[kg溶剂]质量摩尔浓度)Li OAc作为水系锂离子电池电解液的电化学稳定窗口,研制低成本无氟水系混合溶剂醋酸锂电解液。通过红外吸收和拉曼散射光谱对电解液中水分子的活性进行表征,结果表明,在混合溶剂电解液中水分子的活性受到抑制。电化学测试表明电解液成分为2 m Li OAcPD_0.5PEG_0.5时,具有最宽的电化学稳定窗口3.10 V,使Li₄Ti₅O₁₂负极可进行可逆充放电,最后Li₄Ti₅O₁₂//Li Mn₂O₄全电池测试得到初始平台电压为2.3 V,能量密度为0.0616 k Wh/kg,相较于13 m Li OAc电解液具有更高的比容量和循环稳定性。     

磷酸铁锂快充电解液的设计

锂离子电池被广泛应用于电子消费品、动力电池和储能等领域。在动力电池领域,磷酸铁锂和三元锂是两种常用的锂离子电池正极材料。磷酸铁锂由于电子电导率和离子扩散系数低的缺点,其快充性能一直不佳。电解液作为锂离子电池中离子传输的载体,在电池正负极之间起着离子传导的作用,也是磷酸铁锂电池获得快充能力的重要保证。在正负极材料、隔膜材料选型的基础上,基于电解液添加剂的机理分析,优化电解液设计,开发了一款性能良好的磷酸铁锂/石墨电池快充电解液。快充电解液以碳酸乙烯酯(EC)和碳酸甲乙酯(EMC)作为溶剂(质量比为3∶7),以1M的双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)为锂盐,以2%碳酸亚乙烯酯(VC)、1%硫酸乙烯酯(DTD)、1%氟代碳酸乙烯酯(FEC)、0.5%三(三甲基硅烷)磷酸酯(TMSP)和0.5%丙烯酸卡必酯(EOEOEA)为添加剂。在4C充电倍率条件下,该电解液25℃常温循环寿命超过1500次,45℃高温循环也超过了1000次,具有很好的实际应用价值。     

聚偏氟乙烯/聚偏氟乙烯磺酸锂/锂盐复合固态电解质的制备及其性能

以聚偏氟乙烯(PVDF)、氯磺酸和氢氧化锂等为原料制备了聚偏氟乙烯磺酸锂(SPVDFLi),将SPVDFLi与PVDF复合制得单离子聚合物电解质(SIPE).为进一步提高SIPE的电导率,向其添加双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)制备双盐型聚合物复合电解质(SPVDFLi/LiTFSI-y),通过调控LiTFSI与聚合物的比例探究了双盐型聚合物电解质的电化学性能.结果表明:LiTFSI的添加有效提高了聚合物复合电解质的电导率.含40％LiTFSI的SPVDFLi/LiTFSI-40聚合物复合电解质室温电导率可达到1.41×10-4 S/cm,锂离子迁移数为0.68,稳定电压可以达到4.84 V.组装的LiFePO4/SPE/Li电池,0.2 C倍率下循环50圈后容量保持率为99.1％.该聚合物复合电解质有望用于制备高性能锂离子电池.     

锂镧锆氧(LLZO)基固态锂电池界面关键问题研究进展

与目前采用有机电解液的商业化锂离子电池相比,引入固体电解质的固态锂电池在同时提升电池能量密度和安全性方面具有巨大潜力,成为开发下一代锂电池的重点。在众多固体电解质材料中,石榴石型的锂镧锆氧(Li₇La₃Zr₂O₁₂,LLZO)凭借高锂离子电导率、优异的对锂稳定性和宽电化学窗口等优点受到广泛关注。然而,LLZO的引入带来诸多界面之间的突出问题,例如固固界面的物理接触、应力应变、电荷重新排布以及电化学稳定性等。这些问题不仅是影响电池性能的关键因素,而且带来了很多新的物理化学现象需要深入研究。因此,本文从LLZO基固体电解质与电极之间的外部界面和固体电解质及复合电极内部界面两个角度入手,依据本课题组多年的研究积累,结合领域内最新研究动态,详细讨论了：(1)LLZO基固体电解质粉体材料表面碳酸锂(Li₂CO₃)的形成原因、对电化学性能的影响以及克服这一问题的手段;(2)LLZO基固体电解质层内部界面调控对锂离子电导率及电池电化学性能的影响;(3)LLZO/Li界面...     

锂盐对LAGP-PEO复合固体电解质及全固态LFP锂离子电池性能的影响

将Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3（LAGP）与少量PEO(LiX)复合,采用溶液浇注法制备了以LAGP为主相的固体复合电解质,研究了LiClO4、LiTFSI、LiBOB 3种锂盐对固体复合电解质离子电导率、电化学稳定窗口、与锂负极界面的化学稳定性和电化学稳定性的影响以及锂盐种类对LFP固态电池循环及倍率性能的影响。研究结果表明,采用LiClO4、LiTFSI、LiBOB 3种锂盐制备的固体复合电解质分解电压均超过5 V,具有较好的电化学稳定性。LAGP-PEO(LiTSFI)固体复合电解质的离子电导率以及室温对锂界面的稳定性相对更高。LAGP-PEO (LiBOB)与锂的界面在60 ℃时相对更稳定。与之对应,采用LAGP-PEO(LiTSFI)和LAGP-PEO(LiBOB)固体复合电解质的LFP全固态电池,分别在25 ℃和60 ℃具有最高的比容量和最好的循环稳定性。     

锂离子电池低温电解液研究进展CSCD

锂离子电池低温存储技术是智慧城市发展的关键之一。商用电解液在低温下易凝固、阻抗高限制了锂离子电池的进一步应用。因此电解液的优化成为改善锂离子电池低温性能的研究热点之一。本文介绍了低温电解液的研究进展。综述了温度对锂离子电池充放电影响,提出电解液改性是提高锂离子电池低温性能的关键。低温电解液的改性主要包括锂盐、溶剂和添加剂等方面,并对锂离子电池低温性能的下一步研究进行了展望。低温电解液锂盐的研究重点在于发展具有低电荷转移阻抗和宽温范围的新体系锂盐,低温电解液溶剂的研究重点在于发展具有高介电常数的EC溶剂与低熔点的PC溶剂混合体系,低温电解液添加剂的研究重点在于传统添加剂与新型添加剂的联用。     

锂金属参比电极稳定性研究

锂离子电池商业化应用已有30多年,但目前的电池性能仍不能满足社会发展的需求。为此,须不断开发高性能的电池材料。电化学测量是电池材料开发不可或缺的关键技术。锂金属电极是锂离子电池电化学测量中最常用的参比电极,其电位稳定性将影响电化学测量结果的准确性。报道一种能提高锂金属参比电极电位稳定性的锂金属表面处理方法。将有机锌盐和氟代碳酸酯的混合溶液滴加在锂金属表面,通过锂金属与溶液组分的反应,在锂金属表面形成一层含锌锂合金和氟化锂的混合界面膜,可降低锂溶解/沉积过电位。处理得到的锂金属电极在Li//Li对称电池中用1 mA/cm2的电流及1 mA·h/cm2的容量恒电流连续充放电,该对称电池的电压稳定时间是未处理电池的2倍以上。这种锂金属电极表面处理方法可提高电极材料电化学性能测量的稳定性,有利于锂离子电池新材料的开发。     

锂离子电池低温电解液的研究进展

锂离子电池在低温条件下运行时,电池的电化学性能已经不能达到最佳状态,存在容量迅速恶化的问题,这限制了其在极寒地区以及航空、国防军事等特殊领域的应用。因此,提高电池的低温性能成为研究热点之一。本文通过对相关文献的探讨,综述了改善锂离子电池低温性能的策略,着重介绍了电导率较高的新型锂盐、由低熔点和高介电常数组成的混合溶剂以及有助于形成稳定SEI膜的成膜添加剂对电池低温性能的影响,重点分析了上述因素对于锂离子电池低温性能的影响机制。综合分析表明,Li+的溶剂化结构与去溶剂化过程在电极界面上的行为直接决定了电池的低温性能。本文强调了从电解液的溶剂化结构入手来设计低温电解液的重要性,为未来低温锂离子电池开发提供了新思路。     

纳米锂镧锆钽氧粉体复合聚氧化乙烯制备的固态电解质电化学性能的研究

与采用液体电解液的传统二次锂离子电池相比,固态二次锂电池在高能量密度和安全性方面具有显著的潜在优势,近年来成为国内外的研究热点。作为固态二次锂电池的核心组成,固态电解质需要具备高离子电导率、宽电化学窗口、对锂稳定、力学性能优以及可抑制锂枝晶等特性。为达到以上要求,本工作探索制备了由纳米钽掺杂锂镧锆氧（LLZTO）粉体与聚氧化乙烯（PEO）复合的有机-无机复合固态电解质膜材料,对比研究了在有机物PEO中添加锂盐和不添加锂盐对固态电解质膜电导率及电化学特性的影响。发现在PEO-LLZTO复合电解质膜中,虽然PEO不导电,但界面处存在的渗流效应可极大提高膜的总电导率,室温离子电导率可达到2×104 S/cm。这一数值虽然略低于PEO-LiTFSI-LLZTO复合电解质膜（室温条件下电导率为6×104 S/cm）,但无锂盐添加的PEO-LLZTO复合电解质膜表现出较好的电化学稳定性和较强的抑制锂枝晶的能力。将PEO-LLZTO复合电解质膜与Li/LiFePO4和Li/LiFe0.15Mn0.85PO4组装成软包电池,在0.1 C、60 ℃的测试条件下可充分发挥正极材料的容量,并可稳定循环200次以上。     

锂镧锆氧(LLZO)基固态锂电池界面关键问题研究进展北大核心CSCD

与目前采用有机电解液的商业化锂离子电池相比,引入固体电解质的固态锂电池在同时提升电池能量密度和安全性方面具有巨大潜力,成为开发下一代锂电池的重点。在众多固体电解质材料中,石榴石型的锂镧锆氧(Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12),LLZO)凭借高锂离子电导率、优异的对锂稳定性和宽电化学窗口等优点受到广泛关注。然而,LLZO的引入带来诸多界面之间的突出问题,例如固固界面的物理接触、应力应变、电荷重新排布以及电化学稳定性等。这些问题不仅是影响电池性能的关键因素,而且带来了很多新的物理化学现象需要深入研究。因此,本文从LLZO基固体电解质与电极之间的外部界面和固体电解质及复合电极内部界面两个角度入手,依据本课题组多年的研究积累,结合领域内最新研究动态,详细讨论了:(1)LLZO基固体电解质粉体材料表面碳酸锂(Li_(2)CO_(3))的形成原因、对电化学性能的影响以及克服这一问题的手段;(2)LLZO基固体电解质层内部界面调控对锂离子电导率及电池电化学性能的影响;(3)LLZO/Li界面特性及Li在LLZO基陶瓷电解质中贯穿生长,深入探讨了诱导Li析出和生长的电场、电荷、应力应变等作用机制;(4)复合正极内部界面问题及其与电解质层外部接触界面的一体化构筑方法。希望通过本文对LLZO固态锂电池界面问题的关键科学和技术的分析总结,为构筑高导通高稳定界面,推动高性能固态锂电池发展提供思路。     

ZIF-8复合PEO基固态电解质的制备与改性研究北大核心CSCD

在聚环氧乙烷(PEO)基固体聚合物电解质中加入无机填料,是一种低成本、有效改善其力学和电化学性能的方法。为了更有效地改善PEO基固态电解质的电化学性能,本工作采用流延法制备了纳米沸石咪唑骨架材料(ZIF-8)与聚氧化乙烯(PEO)复合的固态电解质。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等物理表征和电化学阻抗谱(EIS)、伏安线性扫描(LSV)、充放电循环等电化学测试手段,证明了加入20%ZIF-8纳米粒子的PEO基复合固态电解质CPE20具有最小的体电阻、较宽的电化学稳定窗口与最低的活化能(8.4×10^(-3)eV);20℃时,其电导率达到了4.9×10^(-5)S/cm(比纯PEO高一个数量级);70℃时,其电导率为1.08×10^(-3)S/cm(与液态电解液相当);CPE20的锂离子迁移数提高至0.46,而纯PEO基固态电解质为0.36;采用CPE20制备的LiFePO_(4)||Li电池在室温下具有良好的容量和循环性能,而且容量保持率超过96%。加入适量的惰性填料ZIF-8时,可以有效降低聚合物的结晶度,增加聚合物的非晶区,促进锂盐的溶解,提高锂离子的迁移率,使复合固态电解质具有更加优异的电化学性能。因此添加ZIF-8的PEO基固相聚合物在固态金属锂电池中具有广阔的应用前景。     

锂离子电池正极材料低温性能衰退机理研究

锂离子电池凭借其高能量密度、长循环寿命等突出优势被广泛应用于便携式设备、电动汽车以及大规模储能领域。然而,锂离子电池对外界温度敏感,尤其是在较低的工作温度下,能量密度和功率密度急剧下降,这严重限制了其在寒冷地区的应用。为探究锂离子电池在低温环境下的性能衰减机理,选择磷酸铁锂(LiFePO₄)、钴酸锂(LiCoO₂)、层状三元(LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂)三种商业化正极材料作为研究对象,结合恒流充放电测试、电化学阻抗测试、恒电流间歇滴定技术以及X射线衍射分析和扫描电子显微镜表征技术,全面系统地比较了三种材料在室温(25℃)和低温(-20℃)下的电化学性能。恒流充放电测试结果显示三种正极材料在低温下均会出现比容量明显降低,三元NCM622表现出最佳的低温循环稳定性,在-20℃循环400圈时容量保持率为95.89%。进一步的交流阻抗测试分析和Li⁺扩散速率计算表明,在低温条件下电解液电导率的降低、正极材料电荷转移阻抗的增加和Li...     

新型固态聚合物电解质在锂硫电池中的性能研究

本工作采用（氟磺酰）（三氟甲基磺酰）亚胺锂{Li[(FSO2)(CF3SO2)N],LiFTFSI}和聚氧乙烯（PEO）分别作为导电锂盐和聚合物主链,通过简单的溶液浇铸法制备了新型固态聚合物电解质（SPEs）,并采取示差扫描量热（DSC）、热重（TGA）、线性扫描伏安（LSV）、交流阻抗（EIS）和恒电位直流（DC）极化等方法研究了LiFTFSI/PEO （EO/Li+摩尔比为16）电解质的理化性质和电化学性质。结果表明,LiFTFSI/PEO电解质具有较高的室温离子电导率（σ ≈10−5 S/cm）,较高的氧化电位（4.63 V vs. Li/Li+）,并且耐热温度高达256 ℃。锂硫电池测试结果表明,该类SPEs展现出相对高的首周放电比容量（881 mA•h/g）,有效地抑制了多硫离子的“穿梭效应”,表现出良好的电池循环性能。     

单离子导体聚合物电解质研究进展

聚合物电解质能够避免传统液态电解液漏液的隐患,抑制锂枝晶的生长,提高电池的安全性能。单离子导体是一类锂离子迁移数接近1的聚合物电解质,能有效避免阴离子移动产生浓差极化,降低内部阻抗,从而提高锂电池的容量以及循环性能,成为近年来聚合物电解质的研究热点。本文综述了单离子导体聚合物电解质的研究进展,尤其关注离子电导率和锂离子迁移数较高的体系,并探讨了单离子导体聚合物电解质所面临的挑战以及发展前景。     

基于锂掺杂分子筛改性隔膜的高性能锂硫电池北大核心CSCD

锂硫电池在下一代高能量密度可充电电池中极具吸引力,但多硫化物严重的穿梭效应阻碍了它的实际应用。本工作利用离子交换法成功地制备了一种锂掺杂分子筛(Li@CHA),并将其与氧化石墨烯(GO)结合用于修饰常规聚丙烯隔膜,以缓解锂硫电池的穿梭效应问题。借助扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、X射线衍射(XRD)、氮气吸-脱附法以及电化学测试,深入研究了Li@CHA的形貌、结构及用于锂硫电池的电化学性能。研究显示,Li@CHA可在隔膜表面充当“离子筛”,有效抑制多硫化物阴离子的自由穿梭,并提高锂离子的传输性能。此外,GO也可以通过化学吸附进一步抑制穿梭效应,并改善修饰层的导电性,降低电池阻抗。因此,采用这种改性隔膜的锂硫电池表现出增强的反应动力学、出色的倍率性能和稳定的循环性能,在3 C下获得了638 mAh/g的高倍率容量,在0.5 C下循环500圈后仍具有71.0%的高容量保持率。本工作为抑制多硫化物的穿梭效应提供了一条新的思路,有望进一步推动锂硫电池的实际应用。     

基于CiteSpace的锂离子电池用低温电解液知识图谱分析

锂离子电池(LIBs)在低温条件下会出现阻抗增大、嵌入/脱嵌锂不平衡、循环效率降低、容量衰减等现象,导致充电比放电更加困难,严重影响了LIBs的低温性能,其中对LIBs低温性能影响最大的是电解液.电解液在低温下黏度变大,与电极材料和隔膜之间的相容性变差,导致离子电导率降低,电荷转移电阻增大,最终导致电池性能下降.本文基...     

PEO基Li^(+)-g-C_(3)N_(4)复合固态电解质的制备及其电化学性能北大核心CSCD

利用g-C_(3)N_(4)表面丰富的官能团进行锂化,得到锂化氮化碳(L-g-C_(3)N_(4))材料,并以双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)为锂盐,聚环氧乙烯(PEO)为聚合物基体,采用流延-热压法制备Li^(+)-g-C_(3)N_(4)复合固态电解质。借助透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FT-IR)、差示扫描量热法(DSC)、线性循环伏安(LSV)、直流极化曲线、交流阻抗谱以及充放电测试等手段对复合固态电解质进行表征和测试。对比分析相同质量分数g-C_(3)N_(4)复合固态电解质与L-g-C_(3)N_(4)复合固态电解质的电化学性能,同时对不同L-g-C_(3)N_(4)含量的复合固态电解质的电化学性能进行研究。结果表明,添加质量分数为10%L-g-C_(3)N_(4)的复合固态电解质在60℃时的离子电导率为3.95×10^(-4) S/cm,锂离子迁移数为0.639,电化学窗口为4.5 V以上。以复合固态电解质组装Li/LiFePO_(4)全固态电池,在60℃以0.5 C充放电,电池的首次放电比容量为163.76 mAh/g,循环80次后容量仍有160.10 mAh/g,容量保持率为97.8%。     

磷酸铁锂储能电池过充热失控仿真研究

锂离子电池的热失控是导致储能电站发生起火或爆炸等安全事故的根本原因,研究锂离子电池热失控的发展规律和本征特性对于电化学储能电站的安全监测和故障预警具有重要意义。建立了磷酸铁锂储能电池在过充条件下的三维电化学-热耦合热失控的仿真模型,通过镀锂动力学方程量化过充负极镀锂量,引入SEI膜生长动力学方程反映镀锂与电解液反应速率,以量化负极镀锂与电解液反应产热,并引入其他副反应产热方程共同研究磷酸铁锂电池早期过充热失控温度变化及各副反应产热情况。分别研究了不同充电倍率(1C、2C、3C),不同环境温度(20℃、30℃、40℃)下磷酸铁锂电池热失控早期负极表面镀锂量变化、热失控温度变化曲线以及各副反应产热量变化特性,分析磷酸铁锂电池过充热失控温度发展过程及副反应产热规律。结果表明,负极镀锂与电解液反应作为过充热失控过程最起始的副反应,在电池热失控早期促使了其他副反应的开启,成为过充热失控的起始。本研究可为磷酸铁锂电池过充热失控早期过程探究提供理论参考。     

掺杂技术在锰基层状富锂氧化物正极材料中应用进展

锂离子电池(LIBs)凭借能量密度高、能量转换效率高的优势,已成为当今最受欢迎的储能器件。嵌入型正极材料中,锰基层状富锂氧化物xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂具有最高的放电比容量和高工作电压,但存在结构稳定性差等问题限制其应用在大规模储能领域。本文通过对近期相关文献的探讨,综述了提高富锂正极材料的结构稳定性和电化学性能的策略,回顾了晶格掺杂对锰基层状富锂氧化物正极材料的结构改性设计,分析了锂(Li)位、过渡金属(TM)位和氧(O)位的不同掺杂对其结构和性能的影响,着重介绍了单掺杂和双掺杂两种方法,总结了不同离子在不同位置单掺杂的电化学性能对比,阐述了掺杂后材料的结构变化和影响性能的机制。综合分析表明,晶格掺杂策略对提高循环性能、倍率性能、首次放电容量、首次库仑效率和缓解电压衰减等有显著影响,其中双掺杂的协同效应相比于单掺杂具有更高的结构稳定性和更优异的电化学性能。希望能为富锂相正极材料在下一代高能量密度锂离子电池储能领域的广泛应用提供参考。