石榴石结构Li7La3Zr2O12固态电解质掺杂改性研究进展

锂离子电池是目前发展最快的化学储能电源,使用固态电解质的固态锂离子电池相比传统液态电解质锂离子电池能量密度更高,安全性更好,是下一代锂离子电池的发展方向。石榴石结构Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)固态电解质凭借较高的离子电导率、宽的电化学窗口及优异的稳定性,成为了最具商业前途的固态电解质之一。本文从石榴石结构LLZO电解质的发展脉络出发,剖析了石榴石结构LLZO电解质的结构特性、离子传导机制及其具有的高的结构稳定性和离子传导能力的本源,在此基础上综述了石榴石LLZO电解质的单元、双元、多元体相掺杂改性以提升电解质本征离子电导率,第二相掺杂改性以提升电解质的抗锂细丝生长能力、陶瓷致密度等性能,最后对石榴石结构LLZO电解质材料掺杂改性方向进行了分析和展望,为推动全固态锂离子电池电解质的发展提供参考。     

三维结构Li6.28La3Zr2Al0.24O12增强聚氧化乙烯基固态电解质的性能研究

通过牺牲模板法制备了一种三维框架Li_6.28La₃Zr₂Al_0.24O₁₂(3D-LLZAO)无机电解质,并将其用于构建聚氧化乙烯(PEO)基复合固态电解质膜.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等物理表征及电化学阻抗谱(EIS)、线性扫描伏安(LSV)和充放电循环等电化学测试方法研究了PEO基固态电解质的性能.结果表明加入10%(w) 3D-LLZAO的PEO基复合固态电解质CPE-10具有较小的体电阻、较宽的电化学稳定窗口.复合电解质CPE-10室温下离子电导率为1.58×10-4 S·cm^-1,锂离子迁移数为0.26.利用复合固态电解质组装的锂锂对称电池可在室温下0.05 mA·cm^-2的电流密度条件下稳定循环1600 h.以磷酸铁锂(LFP)为正极组装的LFP/CPE-10/Li电池在0.5 C倍率下初始放电比容量为155.6m Ah·g^-1,循环100次后容量保持率为86%.     

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。     

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...     

无机固态锂离子电解质的研究进展

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。本文介绍了无机固态锂离子电解质的研究进展,分类讨论了Perovskite型、NASICON型、LISICON型、LiPON型、Li3 PO4-Li4 SiO4型、GARNET型无机固态锂离子电解质的性能、结构和导电机理及其在锂离子二次电池中的应用。     

锂电池用固态电解质研究进展

固态锂电池因展现出高的安全性、高的能量密度和长循环寿命而成为备受期待的能量存贮装置。作为固态锂电池的重要组成部分,固态电解质的发展仍然制约着固态锂电池的商业化进程。目前,固态电解质仍然面临室温离子电导率较低,电解质与电极之间界面较差等问题。本文综述了近两年来性质较为优越的固态锂电池电解质的研究状况,包括固态聚合物电解质、无机氧化物电解质以及无机硫化物电解质。归纳了这些性能优良的固态电解质的主要特点,以此提出未来固态电解质可能的发展方向。     

基于Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12/聚合物复合固态电解质的制备及电化学性能

采用溶液浇注法制备以Li_(6.4)La_3Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)(LLZTO)为填料、聚氧化乙烯(PEO)与聚碳酸亚丙酯(PPC)共混的固态复合电解质膜,探讨了LLZTO含量和PPC/PEO比例对复合固态电解质离子电导率的影响。研究发现,当LLZTO含量为30%(w/w)及PPC/PEO质量比为1∶1时,固态复合电解质室温离子电导率最高,达到1.14×10~(-4)S·cm~(-1)。LLZTO和PPC的加入,降低了PEO基电解质的结晶性,提高了离子电导率、电化学稳定窗口(4.7 V)和锂离子迁移数(0.25),并改善了电解质与金属锂的化学稳定性。该固态复合电解质与LiFePO_4/Li组装固态锂电池,室温下在0.1C循环70次后容量保持率82%,60℃下0.1C循环100次后容量保持率79%,0.5C和1C倍率下放电比容量仍能达到120.7和112.6 mAh·g~(-1)。     

锂离子聚合物常温固体电解质的研究进展

综述了锂离子电池聚合物常温固体电解质的最新研究进展。主要关注的是电化学性能,尤其是室温下的离子电导率。对性能较好的聚合物固体电解质体系进行了概述。     

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。     

锂盐及制备工艺对固态电解质Li7La3Zr2O12成相的影响研究

石榴石型Li₇La₃Zr₂O₁₂(LLZO)离子导电性高,在全固态锂离子电池中具有潜在的应用价值。但目前报道的LLZO制备工艺烧结温度范围宽,稳定性差,不利于宏量制备。本文以烧结产物物相结构和结晶度为考察指标,系统研究了锂源及用量、烧结温度、烧结时间等因素对LLZO成相的影响。结果表明,当以分解温度较低的锂盐(LiNO₃)为原料时,在800℃下得到四方相LLZO,900℃时呈立方相LLZO;当以分解温度较高的锂盐(Li₂CO₃)为原料时,900℃才能形成四方相LLZO。烧结时间的延长和温度升高均会导致锂的挥发损失,影响LLZO物相的形成。通过增加锂盐用量、改变烧结前驱体聚集特性与烧结时间可抑制锂的挥发。当以过量10%的Li₂CO₃为原料时,900℃烧结6h可稳定的得到立方相LLZO。该研究较为系统地分析了制备工艺对LLZO成相的影响,可为LLZO宏量稳定制备提供借鉴。     

Li2O-Al2O3-GeO2-P2O5微晶玻璃的微观结构和离子电导率

采用传统熔体冷却法制备了Li3-xAl2-xGex(PO4)3(x=1.1~1.9)体系玻璃,并通过热处理工艺获得了高电导率的微晶玻璃。通过XRD、TEM和交流阻抗等测试方法,研究了该系微晶玻璃的物相组成、微观形貌和锂离子电导率。结果表明:该系统微晶玻璃析出导电主晶相为LiGe2(PO4)3,杂质相为AlPO4和GeO2。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,所制备微晶玻璃的室温锂离子电导率最高(5.72×10-4 S.cm-1),可以满足全固态锂离子电池对电解质高室温电导率的要求。     

Li7P3S11电解质的合成、传导及应用

固态电解质是固态电池中的关键材料,开发具有高离子电导率、高化学/电化学稳定性、电极兼容性良好的固态电解质正成为研究热点。硫化物固态电解质相较其它固态电解质具有更高的离子电导率和良好的机械加工性能等优势,是最有前景实现实用化的固态电解质之一。在众多硫化物固态电解质中,Li₇P₃S₁₁因其高的离子电导率和较低的原料成本而极具研究意义。本文首先介绍了Li₇P₃S₁₁电解质的结构、Li+传导机理及合成路径;其次,针对该电解质的电导率提高、空气/水稳定性提升、固固界面稳定性及电解质自身稳定性改善等问题,综述了目前常用的改性策略研究;再次,总结了基于Li₇P₃S₁₁电解质的全固态锂离子电池和全固态锂硫电池的构筑;最后,本文分析了Li₇P₃S₁₁电解质的研究和应用面临的挑战,并指出该电解质未来发展的趋势。     

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.     

石榴石型固态电解质/铝锂合金界面构筑及电化学性能

本文通过在锂负极中熔入少量铝制备了一种含Al-Li合金（Al₄Li₉）的新型复合锂负极,可有效改善Garnet/金属锂界面润湿性,从而显著降低了界面阻抗. XRD研究结果表明这一复合锂负极由Al₄Li₉合金和金属锂两相复合而成. SEM研究表明,复合锂负极可以有效改善金属锂与Garnet电解质的界面接触,形成更为紧密的接触界面. 电化学测试表明,复合锂负极显著降低了金属锂与Garnet电解质的界面阻抗,界面阻抗由锂/Garnet电解质界面的740.6 Ω·cm ²降低到复合锂负极/Garnet电解质界面的75.0 Ω·cm ². 使用复合锂负极制备的对称电池在50 μA·cm ^-2和100 μA·cm ^-2电流密度锂沉积-溶出过程中表现出较低的极化和良好的循环稳定性,在50 μA·cm ^-2电流密度下,可以稳定循环超过400小时.     

纳米Al2O3填充的PVDF-HFP复合电解质的导电性

用真空蒸发法制备了不同配方的PVDF-HFP复合电解质膜,通过交流阻抗测试,优选出机械和电化学性能较好的PVDF-HFP复合电解质的工艺参数,m(纳米Al₂O₃)∶m(增塑剂DBP)∶m(PVDF-HFP)=10∶45∶45.用丙酮抽提制得的PVDF-HFP聚合物膜中的增塑剂,再于1mol/LLiPF₆/DEC-EC(体积比1∶1)的液态电解质中浸渍,浸渍后聚合物膜的电导率达到10-3S/cm数量级.     

凝胶电解质的研究进展

本文评述了凝胶电解质－一种新型功能高人子材料的研究进展,讨论了电解质的特性,类型,关于其结构性能的研究方法,以及其在电双层电容器和锂离子二次电池方面的应用研究状况,并简要探讨了发展前景。     

Ce0.8Y0.2O1.9-Ca3(PO4)2-K3PO4复合电解质在中温区的质子导电性及在常压合成氨中的应用

A precursor of Ce_0.8Y_0.2O_1.9(YDC) solid electrolyte was synthesized by the gol-gel method. YDC and phosphates powders were prepared by mixing the YDC and phosphates according to different weight ratios. The mixtures of the YDC and binary phosphates were ground and sintered at 1 400 ℃. The proton conductivity in solid electrolyte of the sintered samples was examined using electrochemical methods at 400～800 ℃. Ammonia was synthesized from nitrogen and hydrogen at atmospheric pressure in the solid state proton conducting cell reactor. The optimal condition for the ammonia production was determined. The result indicated that composite electrolyte of 80wt% YDC: 20wt% binary phosphates as proton conductor could obtain the highest ionic conductivity and ammonia production rate among the four samples, the rate of evolution of ammonia was up to 9.5 × 10^-9 mol·s^-1·cm^-2.     

稀土溴化物固态电解质材料在全固态电池中的应用研究进展北大核心CSCD

全固态锂电池具有优异的安全性能和能量密度,有望成为替代传统有机液态锂离子电池的下一代储能产品。固态电解质是决定全固态电池性能的关键材料,其中卤化物固态电解质,尤其是稀土溴化物固态电解质(RE-BSEs)材料近年来在离子电导率(高达mS/cm数量级)和电化学稳定性(1.5~3.4 V vs.Li^(+)/Li)等方面取得了一系列重要的研究进展,具有可期待的应用前景。本文通过对RE-BSEs的发展历程、研究进展、技术瓶颈、发展方向和应用前景等方面进行综述和回顾,给予研究人员在RE-BSEs的合成方法、锂离子传输机理、构效关系和材料设计等方面的参考和启发。稀土是我国乃至世界的重要战略资源,RE-BSEs材料的研究和重要成果明示了稀土元素在固态离子导体和新能源领域的重大价值,因此,做好稀土在该方面的研究工作对能源结构调整、节能减排、碳达峰和碳中和具有重大意义。     

Fe2O3掺杂Ce0.8Nd0.2O1.9固体电解质的结构与导电性能

采用溶胶-凝胶法合成SiO2含量小于50×10-6的Ce0.8Nd0.2O1.9(NDC)陶瓷粉体,并将少量Fe2O3加入到NDC体系中,讨论Fe2O3的掺杂对其微观结构及电性能的影响。通过X射线衍射(XRD)等手段对氧化物进行结构表征,交流阻抗谱(AC)测试电性能。研究表明,Fe2O3的掺杂显著提高NDC陶瓷材料的致密度;相比于NDC而言,加入Fe2O3后材料的晶界电导率提高约12倍,总电导率提高约6倍。     

锂离子电池凝胶聚合物电解质研究进展

使用聚合物电解质可以避免传统液态锂离子电池的漏液问题,提高电池的安全性能和能量密度,并可实现电池的薄型化、轻便化和形状可变等优点.目前,聚合物电解质的研究集中在凝胶型的复合和多孔聚合物电解质两大类.本文对各类凝胶聚合物电解质的特点、功能及研究情况逐一进行了介绍,对凝胶聚合物电解质的发展趋势进行了展望.