锂离子电池用聚合物/无机复合固态电解质研究进展

全固态锂离子电池由于具有安全性高、能量密度高等优势,已成为未来锂离子电池发展的必经之路.作为全固态锂离子电池的核心部件,聚合物/无机复合固态电解质同时拥有无机固态电解质和固态聚合物电解质的许多优异性能,但其也面临着诸多挑战,包括室温离子电导率低于10-3S/cm和界面阻抗大等.本文综述了聚合物/无机复合固态电解质的聚合...     

锂离子电池固态电解质的研究进展

和传统电解液相比,固态电解质热稳定性好,电位窗高,力学性能好且对环境友好;更重要地,由固态电解质组成的锂离子电池能量密度比传统锂离子电池更高,因而成为当前研究的热点。综述了几种主要固态电解质,包括无机固体电解质、固态聚合物电解质、凝胶电解质及复合型电解质的优势、研究进展以及面临的问题,并展望了未来固态电解质的发展趋势。     

固态电解质锂离子输运机制研究进展

全球环境问题推动了可充电锂电池技术的飞速发展.与液态电解液相比,固态电解质不易燃,构筑所得固态电池的安全性能得以提升.如果能够理解固态电解质中的离子输运行为,就能精准调控固态电池锂的动力学稳定性和倍率性能.随着计算机技术的快速发展,原子尺度模拟技术成为理解材料离子输运的重要手段.针对以上问题,本综合评述首先汇总了固体材料中的常见扩散机制;然后介绍了固态电解质中的锂离子输运机制,着重讨论了影响固态电解质锂离子输运的重要因素(晶体结构、电子结构、外部因素及晶界);最后对固态电解质锂离子输运机制研究进行了总结与展望.     

稀土元素掺杂锂离子固态电解质的研究进展

相对于锂离子电池易漏易挥发易燃烧的有机液态电解质而言,固态电解质由于不可燃、无副反应、电化学窗口较宽和电化学性能稳定等优点,开始受到关注。但是,较高的晶界阻抗和较低的离子电导率限制了固态电解质的进一步发展。基于稀土元素在改善固态电解质结构和性能的独特机制,近年来稀土元素掺杂的锂离子固态电解质成为当下的研究热点。本文旨在通过回顾稀土元素掺杂的石榴石型电解质、硫化物型电解质、NASICON型电解质、钙钛矿型电解质和聚合物电解质的研究进展,阐述稀土元素掺杂固态电解质的改性机制,包括结构改善、形貌修饰和空位优化等,为固态电解质的进一步发展提供新的研究思路。     

固态电解质中锂离子传输机理研究进展

Inorganic crystalline solid electrolytes exhibit excep tional room-temperature ionic conductivities, giving them the potential to enable all-solid-state lithium (Li) - ion batteries. Developing new high-performance electrolytes is one of the most critical challenges to realize solid-state batteries, which requires understanding how chemistry facilitates fast ionic conduction and what the Li-ion migration mechanism is in in organic solid electrolytes. In this review, we aim to summarize recent fundamental research progress in Li-ion transport, including crystal structure, behavior of ion migration (i.e., single-ion jump and multi-ions cooperative migration), and the relationship between ion migration and microstructure. Generally, ion transport in crystalline structure can be categorized into vacancy and non-vacancy mechanism. For Li-ion conduction, the migration can be achieved through single-ion hopping and collective diffusion mechanism. For single-ion hopping mechanism, the diffusivity is determined by the depth of potential well (activation energy) and lattice dynamics;whereas in the later mechanism Li-ion moving from high potential to low potential could partially offset the energy required for Li-ion moving from low potential to high potential. By studying the collective diffusion from the perspective of local structures, it is believed that collective diffusion in fast ion conductor originates from the local 野dual Li-S/O冶 structure units, which can be characterized by the 野nearest Li-Li distance冶. Next, the paradigm of ion transport in solids is summarized. It is pointed out that most ion conductors follow Meyer-Neldel rule, where the activation energy and pre-exponential factor are mutual compensating. As a result, a balance should be adapted between these two values to achieve high Li-ion conductivity. However, for some fast ion conductors, the relationship does not follow the Meyer-Neldel rule (i.e., anti-Meyer-Neldel rule). Therefore, the physical significance of anti-Meyer-Neldel rule should be understood to develop next-generation lithium ion conductors. In the end, future perspectives and open questions are proposed to design and develop high-performance inorganic solid electrolytes. © 2021 Chinese Chemical Society. All rights reserved.     

固态电池无机固态电解质/电极界面的研究进展

全固态锂电池有望较好地提高电池安全性并实现高的能量密度,因此已成为二次锂电池发展的一个重要方向.发展具有高锂离子电导率、低电解质/电极界面阻抗及有较好应变性的固态电解质材料是全固态电池研究的重要研究课题.如何有效构筑电解质/电极界面,提高界面稳定性并显著降低界面阻抗又是其中的难点之一.本文综述了近年来国际上比较关注的两种无机固体电解质——硫化物与石榴石(garnet)型氧化物的最新研究进展,重点对这两类固体电解质与正负极材料的界面特性进行总结与评述.     

固态聚合物电解质的锂离子传导机理与研究进展

锂离子电池(lithiumionbatteries,LIBs)在储能领域已取得了巨大的成功.然而,商用LIBs含有高挥发性易燃有机电解液,使其存在严重的安全隐患.固态聚合物电解质具有解决相应安全性问题的潜力,有望成为下一代高安全性全固态LIBs的电解质材料.然而,固态聚合物电解质存在离子电导率不高等问题,限制了其在固态LIBs中的实际应用.研究者们为了提高该类电解质的离子电导率、锂离子迁移数等综合电化学性能,已在寻找新锂盐、对聚合物进行改性以及向聚合物电解质中添加填料等方面进行了较多的研究.本文简要概述了固态聚合物电解质的锂离子传导机理以及在提高固态聚合物电解质综合电化学性能方面的研究进展.     

锂电池用无机固态电解质

液态锂离子电池存在易燃易爆、易短路等致命的安全问题,同时也存在续航里程焦虑等技术问题,开发安全性能好、能量密度高的锂离子电池是行业发展的迫切需求。与传统液态锂离子电池相比,全固态电池具有使用安全、理论比容量高等优点,所以得到了广泛的研究,被誉为下一代电池主流技术。其中,无机固态电解质在全固态电池中扮演着重要的角色,国内外的科研人员对此进行了大量的研究工作。本文介绍了不同类型无机固态电解质的最新进展,其中包括氧化物固态电解质、硫化物固态电解质和卤化物固态电解质;并对无机固态电解质的界面问题、晶体结构、制备方法以及掺杂改性等方面的研究进行了阐述。最后,对近几年来无机固态电解质还有待解决的问题进行了讨论,同时对其未来的研究方向作出了展望。     

卤化物固态电解质研究进展

全固态电池因其高能量密度和高安全性而成为具有发展前景的下一代储能技术。开发具有高室温离子电导率、优异化学/电化学稳定性、良好正/负极兼容性的固态电解质是实现全固态电池实用化的关键。卤化物固态电解质因其优异的电化学窗口、高正极稳定性、可接受的室温锂离子电导率等优势,受到了广泛的关注。本文通过对近年来卤化物电解质的相关研究进行总结,综述了该类电解质的组成、结构、离子传导路径及制备方法,并分析了金属卤化物电解质的电导率、稳定性特点,归纳了近年来该电解质在全固态电池中具有代表性的应用,并基于以上总结和分析,指出了卤化物固态电解质的研究难点及发展方向。     

固态聚合物电解质研究进展

开发下一代高安全且高能量密度能源体系是新能源产业进一步蓬勃发展的关键。将易燃易爆的液态电池替换为固态电池是一项极具前景的工作。在固态电解质中,聚合物电解质由于其高安全性、粘弹性及其良好的界面相容性等成为广泛研究的对象。但是在室温下其离子电导率仍然偏低,需要在高温下才能达到一定的电池性能。因此,在提升聚合物电解质常温离子电导率的同时,还需要进一步研究和改善电解质/电极之间的界面问题,降低界面阻抗。本文从固态聚合物的优缺点出发,介绍了不同固态聚合物电解质的性能及其离子传输机理,展望了固态聚合物电解质的最新研究进展和发展方向。     

无机全固态锂离子电池界面性能研究进展

固体电解质不存在易燃等安全问题, 发展固态锂电池技术是解决液体电解质锂电池安全问题的根本途径. 随着社会对大体积锂离子电池需求的增长以及人们对电池的安全性关注度的日益提高, 发展固态锂离子电池已迫在眉睫. 制备性能良好的全固态锂电池的关键在于获得高室温离子导电率的固体电解质以及在电极与电解质之间形成良好的接触面. 大量的研究集中在制备高室温导电率的固体电解质, 目前已经制备出能与液体电解质相媲美的高室温导电率的固体电解质, 但固态锂电池的高倍率性能仍然较差, 原因是在电极与固体电解质的界面处具有较高的阻抗. 关于固态锂电池电极与电解质界面的研究文章相对较少. 本文简要介绍了一些具有高室温导电率的氧化物及硫化物电解质, 着重分析了全固态锂电池电极与电解质界面处具有高阻抗的原因以及减少界面阻抗的界面改性方法.     

锂离子电池中固体电解质界面膜(SEI)研究进展

本文综述了锂离子电池中固体电解质界面膜(SEI膜)的研究进展.在总结SEI膜的形成机理及模型的基础上,讨论了对SEI膜可能的影响因素及其改性方法,以及各种表征技术、特别是原位分析技术在SEI膜研究中的实际应用.指出在今后的研究中,正极表面与电解液间的界面膜,以及引入水溶性粘合剂体系后正负极表面与电解液间的相互作用将成为人们关注的热点。     

锂离子电池用凝胶聚合物电解质研究进展

凝胶聚合物电解质是制备高功率密度和高能量密度、长循环寿命的聚合物锂离子电池的重要材料之一。凝胶聚合物电解质由聚合物基体、锂盐和增塑剂等组成。本文重点论述了凝胶聚合物电解质各组成成分的相互作用以及近几年聚合物基体与增塑剂的研究进展。此外,对凝胶聚合物电解质的性能改进进行了讨论,并对凝胶聚合物电解质的应用前景进行了展望。     

原子力显微镜在锂离子电池界面研究中的应用

近几年,电动汽车市场的飞速发展对锂离子电池的能量密度和安全性提出了更高的要求. 然而,过去近30年,在应用终端市场的大力推动下,锂离子电池的电极材料、电池结构设计和生产工艺都已经发展得比较成熟,容量提升空间已经比较小,想要进一步提高现有锂离子电池的能量密度,需要对锂离子电池的整个系统和工作原理有更深刻和全面的理解. 存在于锂离子电池电极材料和电解液之间的固态电解质中间相（solid electrolyte interphase,SEI）已被证明是一个影响电池性能的重要因素,目前学术界和产业界对其认识还不是很全面,尤其是高分辨、工况下以及多技术联合的界面表征工作较少见到报道. 原子力显微镜（atomic force microscopy,AFM）通过探测针尖与样品之间的相互作用力,能够在原子尺度上原位表征液态电池界面的形貌以及力学特性,对于电极界面的理解和调控非常重要. 本文作者通过总结近几年AFM在锂离子电池SEI研究的中的应用,并结合本课题组在该领域的工作,对AFM技术在锂离子电池SEI研究中的应用做了总结和展望,对加深锂离子电池界面的理解,以及构建稳定锂电池界面的相关研究有参考意义.     

锂无机固体电解质*

全固态锂离子二次电池具有更大能量密度和更高的安全使用性能,在未来的电动汽车和蓄能电站上有很好的应用前景。本文对一些典型的锂无机固体电解质进行分类讨论,对它们的性能、结构和导电机理进行评述。这些固体电解质具有较高的离子导电率,是目前的研究热点。文章总结了影响其导电率的几个重要因素以及作为理想锂无机固体电解质的几个基本要求。     

NASICON结构的锂离子导电微晶玻璃结构与电导率

通过对LixAlx-1Ge3-x(PO4)3(x=1.1～1.9)锂离子导电玻璃的差示量热扫描(DSC)数据,结合XRD及其Rietveld精修、FESEM和交流阻抗等测试方法,研究了该系微晶玻璃的物相组成、主晶相晶胞参数变化情况、微观结构形貌、锂离子电导率和电化学窗口等。结果表明:LixAlx-1Ge3-x(PO4)3(x=1.1～1.9)锂离子导电微晶玻璃析出导电主晶相为LiGe2(PO4)3。当x=1.5时,由于导电主晶相LiGe2(PO4)3晶粒充分长大、分布均匀,晶界清晰,LAGP导电微晶玻璃的室温电导率最高(可达5.3×10-4 S.cm-1),电化学窗口为7.2V,可以满足全固态锂离子电池对电解质高室温电导率和宽电化学窗口的应用要求。     

锂离子电池电解质溶液的研究

本文报道了 5磺基水杨酸苯氧基硼酸锂 (LiB(SO3 )C6H3 (O) (COO)OC6H5)的合成及其在乙烯碳酸酯 (ED) /二甲基碳酸酯 (DMC)及丙烯酸酯 (PC) /二甲基亚砜 (DMSO)混合溶剂中电化学性能的研究 .     

锂离子电池电解液除酸除水添加剂的研究进展

商用锂离子电池电解液在应用过程中存在电解质锂盐六氟磷酸锂（LiPF₆）易在痕量水环境中发生水解反应,进而导致锂离子电池体系的综合电化学性能受损。因此,亟需控制电解液本体中痕量水的引入以及减小锂盐与痕量水反应产物对电池体系影响的措施。本文主要综述了含有不同官能团的添加剂在除去电解液中痕量水和酸时所具有的特性,并重点分析介绍了其除酸除水的作用机理。 最后,对除酸、除水型添加剂未来的研究方向和应用前景进行了展望。