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。     

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。     

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。     

原位聚合的固态聚合物电解质应用于锂硫电池

锂硫电池因自身所含硫元素储量丰富、价格低廉、理论比容量高等优势,逐渐被科研工作者所关注。然而,锂硫电池所采用的液态有机电解液普遍存在挥发,漏液,燃烧等潜在安全隐患,因此,我们通过原位聚合制备出一种固态聚合物电解质来提升锂硫电池安全性能,同时还可以兼顾锂硫电池的循环稳定性。实验结果表明:以聚乙二醇甲醚丙烯酸酯(PDEM)为基体的固态聚合物电解质应用于硫化聚丙烯腈(PAN-S)/锂金属电池具有良好的长循环性能,说明该固态聚合物电解质与正负极具有良好的界面相容性。     

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。     

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。     

Li+电池固态聚合物电解质研究进展

固态聚合物电解质具有高安全性、高成膜性和黏弹性等优点,并与电极具有良好的接触性和相容性,是实现高安全性和高能量密度固态Li⁺电池的重要电解质体系。然而聚合物电解质室温离子电导率较低（10^-8~10^-6 S·cm^-1）,不能满足固态聚合物电池在常温运行的需求。因此,在提高离子电导率、机械强度和电化学稳定性等本征属性的基础上,同时探究改善电解质/电极的界面处及电极内部的离子输运是研发固态聚合物Li⁺电池面临的关键问题。主要从改性聚合物电解质用以提高Li⁺电池电化学性能的角度出发,综述了凝胶聚合物电解质、全固态聚合物电解质和复合固态电解质中的离子输运机制及其关键参数,总结了近年来聚合物电解质的最新研究进展和未来的发展方向。     

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。     

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。     

一种新型聚合物电解质中离子传递及界面性质研究

合成了聚（甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈-甲基丙烯酸锂）（简记为PMAML）聚合物基质材料，以PMAML和聚偏氟 乙烯混合物为基质制备了新型复合聚合物电解质，其中增塑剂为碳酸乙烯酯和碳酸二甲酯，锂盐是LiBF4。用刮刀 在玻璃板上涂膜得到取合物膜，把聚合物基质膜在电解质溶液中浸渍后成为聚合物电解质膜。采用限制扩散方法测 试了电解质中离子的扩散系数，由稳态极化法测得了迁移数。所制聚合物电解质中锂离子的扩散系数和迁移数分别为 2.67×10-7cm2·s-1和0.53。通过交流阻抗技术研究了聚合物电解质与电极间界面性质，Li/GPE/Li的界面阻抗随放置 时间延长而增大，Li/GPE/MPCF的界面阻抗随电极的电位降低而减小。组装了聚合物电解质锂离子电池，测试结果表 明，该聚合物电解质具有较好的离子传输性质和电化学性能，能用作锂离子电池的电解质。     

锂离子电池自愈聚合物材料研究进展

锂离子电池长时间使用过程中因为反复的充放电而出现材料及界面损伤,如锂金属负极因表面锂枝晶的生长刺破隔膜造成电池内部短路、高比容量硅负极因体积膨胀收缩效应导致电极结构破裂等。具有自愈能力的聚合物材料可以应对锂枝晶生长和其它机械性裂纹的产生,显著提高锂离子电池的安全性,延长使用寿命。在阐述自愈机制的基础上,对自愈聚合物材料在锂离子电池领域的应用进行了综述,并向粘接剂、复合电解质、人工界面层(保护涂层)展开,为下一代高安全性、高性能和长使用寿命的锂离子电池自愈聚合物材料的研究提供借鉴。     

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。     

新型锂电复合电解质的性能研究

固体电解质被认为是解决锂金属电池安全隐患和循环性能的关键,然而较低的离子电导率和较差的界面相容性限制了固态锂电池的进一步发展。本文将Li_(10)GeP_2S_(12)粉末和聚合物单体聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯(PEGMEA)复合并完成原位聚合,从而制备出具有高电导率和良好界面相容性的有机无机复合固态电解质。在钴酸锂电池充放电测试中,实现了室温下经0.2C倍率充放电200次后,仍有76%的高容量保持率。对于发展高能量密度、高安全性、高循环寿命的全固态锂离子电池提供了重要参考价值。     

固态锂电池正负极界面关键问题研究进展

采用具有优异热、电稳定性的固态电解质取代商用液态电解液，组装全固态锂离子电池被认为是解决电池安全问题的最优方案之一。然而，固态锂电池正负电极与电解质间的固-固界面依然存在接触性差、兼容性差以及离子传输不稳定等关键问题。为加快固态锂电池的研究与开发，分别对固态电池正极-电解质以及负极-电解质界面间的优化策略进行了综述，特别强调了固态电池内部稳定界面的重要性以及对电池性能的影响。     

全固态电池用硫系玻璃电解质材料研究进展EI北大核心CSCD

综述了锂/钠离子硫系玻璃或玻璃陶瓷电解质材料的最新研究进展,总结了基于硫系玻璃电解质材料的全固态电池应用中存在的与电极材料界面稳定性、固–固界面接触性以及锂穿刺等关键技术问题,并展望了新型硫系玻璃/玻璃陶瓷电解质材料关键技术研发策略和全固态电池应用探索的发展方向。     

全固态电池用硫系玻璃电解质材料研究进展

综述了锂/钠离子硫系玻璃或玻璃陶瓷电解质材料的最新研究进展,总结了基于硫系玻璃电解质材料的全固态电池应用中存在的与电极材料界面稳定性、固–固界面接触性以及锂穿刺等关键技术问题,并展望了新型硫系玻璃/玻璃陶瓷电解质材料关键技术研发策略和全固态电池应用探索的发展方向。     

双乙二酸硼酸锂在液、固电解质中的研究进展

介绍了双乙二酸硼酸锂(LiBOB)的电化学性能和在高温下的热稳定性,概述了LiBOB应用于液体电解质中关于电极与电解质界面问的SEI膜、电池阻抗和电解质中溶剂方面的研究现状,介绍了它在聚合物电解质中的一些新的研究进展,并展望LiBOB的发展方向.     

硼氢化锂及其衍生物固态电解质研究进展

含BH~-_4的硼氢化物及其衍生物,具有较高的离子电导率、较宽的电位窗口、及与金属负极材料较好的兼容性等特性,是一类潜在的固态电解质材料。本文主要综述了硼氢化锂及其衍生物作为固态电解质在全固态电池方面应用的研究进展。首先,介绍了硼氢化锂及其衍生物的结构与性质;其次,阐述了该类材料在固态电解质方面的应用及改性;最后,展望了硼氢化锂及其衍生物在固态电解质方面的应用前景。     

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。     

聚合物基镁离子固态电解质的研究进展Q

镁离子电池因其比容量高、资源丰富、环境友好、安全性高(无枝晶)等优势,在储能电池领域脱颖而出.然而,镁金属负极在液态电解质中易钝化,导致其电化学性能不佳.因此,开发高效适用的固态电解质对实现高性能、实用化镁离子电池至关重要.聚合物电解质具有优异的机械稳定性、电化学稳定性、热稳定性且离子电导率高、成本低.但镁离子较高的电荷密度和较强的溶剂化作用限制了其在固态电解质中的解离与扩散.从纯固态聚合物电解质、凝胶聚合物电解质、复合聚合物电解质3个方面综述了国内外聚合物基镁离子固态电解质的离子电导率对解决镁金属负极钝化效应的贡献及其应用研究进展,指出聚合物基镁离子固态电解质当前面临的挑战并对其研究方向进行了建议和展望.