无机固体电解质Li7La3Zr2O12的制备及掺杂改性研究进展

无机固体电解质由于其安全性能高、能量密度大等特点备受研究者的青睐。其中Garnet型锂离子无机固体电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)具有较高的离子导电率,较低的界面电阻,优良的稳定性能和电化学性能,在未来的全固态锂离子电池、锂空气电池等领域有着广阔的应用前景。主要从Li_7La_3Zr_2O_(12)的晶体结构、制备工艺和掺杂改性等方面详细阐述无机固态电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)的研究进展。     

无机填料在复合固态电解质中的作用机制研究进展

全固态锂电池以其良好的安全性和更高的能量密度受到广泛关注，而固态电解质是决定固态电池性能的关键材料。由聚合物基体和无机填料组成的无机/有机固体复合电解质因其优良的可设计性而显示出广阔的应用前景。其中，锂离子传导能力是复合电解质性能的决定性因素，而无机填料对提升锂离子传导有重要作用。本文列举了典型无机填料的种类，总结了不同种类填料对加速锂离子输运过程的作用机理，讨论了无机填料的添加量、颗粒大小、分散性、形态对提升离子电导率的影响规律。除此之外，还归纳了无机填料对电化学窗口、锂离子迁移数、力学性能等其他性能的影响。     

γ-丁内酯镁蒙脱石复合有机固体电解质

蒙脱石通过无机阳离子置换和有机分子取代层间水分子,制备了γ-丁内酯镁蒙脱石复合有机固体电解质。该电解质具有较大的层空间(d_(001)～1.83nm),较高的室温电导率(σ=4.1×10~(-4)Scm~(-1))和较低的离子迁移激活能(E_a=0.4eV)。对γ-丁内酯镁蒙脱石进行了红外分析和 X 射线衍射分析。把复合有机固体电解质应用到固态电池上,显示出较好的电池性能。     

锂离子电池用无机固态电解质研究进展

全固态锂离子电池的核心技术是固态电解质，它决定着电池的各种性能。在所有已开发的固态电解质中，无机固态电解质被认为是最可行的电解质之一。基于无机固态电解质的锂离子传导机理，从LISICON型、Garnet型、Perovskite型和NASICON型四个类型，介绍了无机固态电解质当前存在的一些不足，以及近年来所取得的改善研究成果。面向锂离子电池产业快速发展，指出可以掺杂改性和加工方法改善联合实施，以及结合机器学习等人工智能手段，来优化改善方案，以促进全固态锂离子电池的产业化。     

全固态锂电池有机-无机复合电解质研究进展

目前锂离子电池由于使用液态电解液面临着诸多问题，如工作温度范围窄、热稳定性差、容易泄露和生成锂枝晶等。发展全固态锂电池是提升电池能量密度和安全性的可行途径之一，而作为锂电池材料研究热点的有机-无机复合固态电解质，由于其兼具有机物和无机物的优点，有望运用于下一代全固态锂电池之中。本文首先概述了固态电解质的种类及传导机制，而后详细阐述了有机-无机复合固态电解质中聚合物基质和锂盐的选择以及不同维度无机填料对电解质性能尤其是力学性能的影响，最后提出了有机-无机复合固态电解质的研究总结与展望。     

锂金属电池中复合固态电解质与负极界面的研究进展

与传统锂离子电池相比,全固态锂金属电池因其安全性好、能量密度高的特点备受关注.但是电极与固态电解质的固固接触带来较大的界面阻抗,而锂金属较为活泼易与固态电解质发生反应,造成了界面不稳定.界面问题已经成为制约全固态电池发展的关键因素之一.有机-无机复合固态电解质兼顾无机固态电解质和有机固态电解质的优势,具有较高离子电导率和一定的力学强度,展现出优异的实用化前景.本文综述了近年来复合固态电解质与金属锂负极界面改性的研究进展,总结了当前界面改性的主要研究思路:包括在界面构筑"软接触"、调节固态电解质的力学性能以及调控界面处锂离子的沉积动力学过程等.同时,也对今后界面改性的研究趋势进行了展望.     

石榴石型固体电解质Li7La3Zr2O12的掺杂改性及应用研究进展

使用固体电解质的固态锂电池在安全性和循环性等方面具有明显优势,已成为锂电池的重要研究方向。固体电解质类型众多,其中石榴石型固体电解质锆酸镧锂(Li_7La_3Zr_2O_(12))具有与金属锂接触稳定、电化学性能稳定等特点,在固态锂电池领域具有潜在的研究价值。综述了固体电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)的掺杂改性,如Li位、La位、Zr位以及双位的掺杂改性,介绍了Li_7La_3Zr_2O_(12)在锂硫电池中的应用,指出了该材料面临的挑战并对其发展前景进行了展望。     

聚合物复合固体电解质材料研究进展

固体电解质是发展高安全、高能量密度全固态锂电池的重要材料基础。由聚合物相与无机相复合形成的聚合物复合固体电解质,兼具聚合物轻质、柔性,以及无机材料高强度、高稳定性等优势,是最具应用潜力的固体电解质材料。目前,制约聚合物复合固体电解质实际应用的主要瓶颈问题为其室温离子电导率较低。综述了目前关于聚合物复合固体电解质离子传导机制的科学认识以及提升其离子电导率的方法,分析了先进表征工具在揭示聚合物复合固体电解质离子传导机制方面的应用潜力,并展望了聚合物复合固体电解质未来的发展方向和工作重点。     

全固态锂硫电池中界面问题的研究现状

由于锂金属负极的理论比容量和固态电解质的安全性高,全固态锂硫电池越来越受到研究者的青睐.与液态锂硫电池相比,全固态锂硫电池最大的不同在于使用固态电解质替换了液态电解质,且固态电解质材料不可燃,因此有着更高的安全性.此外,经过优化处理后的固态电解质有着足够的机械强度,可以有效抑制锂枝晶的产生.同时在产品的制备和运输方面,全固态电池也有着更大的优势.然而,全固态电池中存在着大量的固固界面,这些固固界面会导致在循环过程中产生界面电阻、体积畸变等一系列问题,会制约全固态锂硫电池的商业应用.因此,近年来学者们对固固界面进行了广泛的研究,不断改进制备工艺,表征界面变化过程,并对离子迁移路径进行了模拟和验证.目前,全固态锂硫电池已经有部分投入了商业应用.全固态锂硫电池主要包括含硫正极、锂金属负极和固态电解质,而固态电解质主要分为无机固态电解质和有机固态电解质两大类.因此,对固态电解质界面的研究也可以分为两大类:一类是固态电解质内部界面,包括无机电解质与无机电解质之间的界面或者无机电解质与有机电解质之间的界面,该界面主要对离子电导率有着重要影响;另一类主要包括固态电解质与正负极之间的界面,对电池的化学稳定性、体积稳定性和离子电导率等均存在较大的影响.近年来,研究者发现通过改变混合方法、粒径、多孔基体和体积压力等能够有效改善界面.同时,随着表征技术的发展,越来越多的原位界面表征技术能够更加直观地展现界面的变化状态.本文系统性地阐述了全固态锂硫电池的内、外界面存在的问题和研究现状,并探讨了全固态锂硫电池未来的发展趋势和研究重点,以期为制备稳定、高性能的全固态锂硫电池提供参考.     

无机固体电解质Li_7La_3Zr_2O_(12)的研究进展

目前,采用固体电解质代替传统电解液发展新型全固态锂离子电池,已成为解决电池安全问题、提高电池储能密度的一项重要的技术方法。固体电解质材料作为全固态锂电池的核心,它的性能很大程度上决定了电池的各项性能指标。迄今被研究过的无机固体电解质材料有很多,包括NASICON型、LISICON型、钙钛矿型和石榴石型等晶态固体电解质,和氧化物及硫化物等玻璃态固体电解质,其中石榴石型结构的Li_7La_3Zr_2O_(12)材料具有优异的综合电化学性能,使其更具实际应用潜力和研究价值。实验与理论计算结果表明该材料具有较高的锂离子电导率(10~(-4)～10~(-3)S·cm~(-1)),能与负极金属锂及大部分正极材料稳定接触,电化学窗口高达6 V。根据近年来国内外在该类材料上的研究现状,主要从Li7La3Zr2O12的晶体结构特征、制备方法及掺杂改性等方面进行了详细介绍,最后阐述了Li_7La_3Zr_2O_(12)固态电解质材料在全固态锂电池中的发展前景及面临的挑战。     

固态电池中的正极/电解质界面性质研究进展EI北大核心CSCD

锂离子电池是便携式电子产品、电动汽车和智能电网的理想电源。目前使用有机液体电解质的锂离子电池仍然存在安全问题和寿命不足的问题,而使用不燃的固态电解质的固态电池有望解决这些问题。从原理上讲,不燃的固体电解质可以从根本上防止电池的燃烧和爆炸,并且只允许锂离子在固体电解质中传输,可以减少副反应的发生。近年来,随着几种高离子电导率的固态电解质的出现,锂离子在固态电解质中的传输不再是瓶颈。然而,固态电池中各种固态成分具有不同的化学/物理/力学性能,因此在固态电池中存在多种类型的界面,包括松散的物理接触、晶界、化学和电化学反应界面等,这些都可能增加界面离子传输阻力。而正极材料与电解质之间的界面反应尤其复杂,深入理解这些复杂的正极侧界面及其反应特点是实现实用高比能固态电池的必要条件。因此,本文主要回顾了近年来在探索和理解正极/电解质界面上的工作,总结了固态电池中典型的正极侧界面类型及其各自独特的反应特征。     

黏弹性对复合固态电解质离子传输行为的影响机制

有机/无机复合固态电解质的锂离子传输机理得到了广泛的研究，但无机粒子引入其中对其黏弹行为的影响却少有研究。文中以聚乙烯醇氰乙基醚(PVA-β-CN)为聚合物基体、双三氟甲基磺酰基亚胺锂(LiTFSI)为锂盐、0%～28%锂镧锆钽氧(LLZTO)为无机纳米粒子制备了锂离子电池复合固态电解质PVA-β-CN@LLZTO。首先研究了不同LLZTO含量的PVA-β-CN@LLZTO复合固态电解质结构的变化，在红外光谱中，锂离子与氰基耦合峰2276 cm^-1及LiTFSI特征峰位置的偏移证明PVA-β-CN具有优异的锂离子传输能力，与之对应其微观断面结构呈均匀分散随后逐渐出现的聚集现象对应于其离子电导率先升高后降低的变化。研究发现，PVA-β-CN@LLZTO复合固态电解质离子电导率在φ_LLZTO=20%达到最大值，对应于离子电导逾渗阈值(φ₁)。在不同LLZTO含量时复合固态电解质的黏弹性测试中，在φ_LLZTO≥20%时，储能模量对频率的依赖性减弱，对应于体系的模量逾渗阈值(φ_G)。φ...     

锂离子电池玻璃及玻璃陶瓷固体电解质材料研究

综述了固态锂离子电池用的玻璃及玻璃陶瓷固体电解质材料研究现状, 包括氧化物、硫化物及氧硫化物玻璃固体电解质材料和氧化物、硫化物玻璃陶瓷固体电解质材料的电化学性能, 并讨论了材料的结构和形貌对其电化学性能的影响, 以及全固态电池的性能, 最后对全固态锂离子电池的应用进行了展望.     

高分子固体电解质

固体电解质(solid electrolyte)又称快离子导体(fast ion conductor)或超离子导体(superionic conductor),是一种新型的功能材料。其基本特点是:在固态时具有熔盐或液体电解质的离子电导率。近几十年来,在其导电机制,性能研究,新品种开发等方面有很大进展,尤其是高分子固体电解质(简称 SPE)的出现,使固体电解质的研究成为界于电化学,固体物理,高分子化学之间新兴的边缘学科。为了适应发展,固体电解质的专业期刊“Sotid State lonies”于1980年创刊,至今已报道了大量研究成果。     

丰田推出原型固态锂离子电池

<正>据相关媒体报道,为经济型汽车开发,丰田汽车公司近日推出原型固态锂离子电池,该薄层型电池尺寸约为10cm×10cm。该原型电池的正电极、负电极和固体电解质层分别采用(LiCoO2)、石墨和硫化物类电解质。这种4组正电极层、固体电解质层和负电极     

全固态锂离子电池正极与石榴石型固体电解质界面的研究进展

全固态锂离子电池具有高安全性、高能量密度、宽使用温度范围以及长使用寿命等优势, 在动力电池汽车和大规模储能电网领域具有广阔的应用前景。作为全固态电池的重要组成部分, 无机固体电解质尤其是石榴石型固态电解质在室温下锂离子电导率可达10 ^-3 S·cm ^-1, 且对金属锂相对稳定, 在全固态电池的应用中具有明显的优势。然而正极与石榴石型固体电解质间接触性能以及界面的稳定性差, 使得电池表现出高的界面阻抗、低的库伦效率和差的循环性能。本文以全固态锂离子电池正极与石榴石型固体电解质界面为研究对象, 分析了正极/固体电解质的界面特性以及界面研究中存在的问题, 综述了正极复合、界面处理工艺、界面层引入等界面调控和改性的方法, 阐述了优化正极与石榴石型固体电解质界面结构, 改善界面润湿性的解决思路, 提出了未来全固态锂离子电池发展中有待进一步改进的关键问题, 为探索全固态锂离子电池的实际应用提供了借鉴。     

新型锂离子固体电解质应用进展

传统的液体电解质在充放电的循环过程中易在负极产生枝晶,导致电池短路,且液体电解质存在易燃、易爆、泄露等安全问题。固体电解质能够很好的解决上述安全性问题,并且具有较好的稳定性,是替代液体电解质的不二选择。固体电解质需要满足高的离子电导率、宽的电化学窗口、优良的化学相容性、简单的制备工艺、低廉的成本等要求,因此需要进一步研发高性能固体电解质或电极/电解质界面改性材料,便于优化和提升固态电池的电化学性能。金属有机骨架和共价有机框架化合物是近年来新兴的、具有周期性结构的多孔材料,在电池领域的应用已经崭露头角。综述了金属有机骨架和共价有机框架化合物在固态锂离子电池上的应用及研究进展,并对如何改进金属有机骨架和共价有机框架固体电解质的电化学性能提出建议。     

无溶剂法制备固态电解质膜的研究进展

传统锂离子电池面临着液态电解液泄漏和易燃等安全问题的挑战。采用固态电解质替换液态电解液可以实现锂离子电池的高安全性和高能量密度。然而,传统的固态电解质膜的制备方法,具有复杂的制备过程以及较高的能耗,为其实际应用增添了挑战。无溶剂法制备固态电解质膜省去了传统制备工艺中的溶剂干燥、溶剂回收等步骤,具有节约能源和环境友好的优点。然而,这项制备固态电解质膜的技术在储能领域的应用尚不成熟,有待于进一步的研究和发展。本综述总结了无溶剂法制备聚合物、无机和复合固态电解质膜的研究进展并阐述了无溶剂制备固态电解质膜这项技术在商业化的过程中面临的挑战,最后对这项技术未来在全固态电池中的实际应用做出展望。     

全固态Li-O_2(air)电池研究进展

锂空气电池[Li-O_2(air)]具有极高的能量密度,引起了越来越多的关注。全固态Li-O_2(air)电池使用不易燃的无机固体锂离子导体材料作为电池电解质,大大提高了电池的安全性能。研发具有高离子电导率、高稳定性的固体电解质对全固态Li-O_2(air)电池的发展起到极大的推动作用。此外,研发高性能正极催化剂、采取合理的技术手段提高电极/固体电解质界面性能也是全固态Li-O_2(air)电池面临的挑战。分别从正极、负极、固体电解质以及电极/电解质界面等方面对全固态Li-O_2(air)电池进行综述。     

锌蒙脱石的电化学特性

本文把液体电化学的循环伏安法移植到固态体系。研究了锌蒙脱石固体电解质在 Pt 电极上的电化学行为,取得了较为满意的结果。阐明锌蒙脱石是一种以 Zn~(2+)离子导电为主的 Zn~(2+)、H~+混合阳离子导电的固体电解质。这些阳离子的电极过程随循环次数和扫描速率而变。研究了电极反应动力学的控制步骤。对实验结果进行了讨论和解释。