固态电池关键材料体系发展研究

固态电池技术是发展兼具高能量密度、高安全性、长寿命和低成本的下一代电池的重要保证,当前全球主要国家及地区均在加快布局固态电池研发和产业化。本文从固态电池关键材料的技术体系、产业体系和支撑体系3个方面着手,综述了国际固态电池关键材料体系的发展现状,分析了美国、欧洲、日本、韩国等国家和地区的固态电池技术发展路径、产业规模和支撑体系建设情况,梳理了我国固态电池关键材料体系的发展现状并提出了发展目标。研究发现,我国固态电池正处于推广发展期,在关键原材料、关键科学技术瓶颈突破、规模化量产及产业化应用等方面面临挑战。研究建议,坚持分步发展固态电池的总体策略,设立国家级固态电池发展规划和重大科技专项,推动固态电池技术研发机构建设,促进固态电池市场化应用及产业转型,优化固态电池生态环境建设,实现我国固态电池产业领跑世界。

全固态电池的研发现状与产学研协同创新的前景

一、全球全固态电池的研发背景自20世纪70年代开始,国内外很多科学家在固态电解质研究方面做了大量基础工作。大概在1980年左右,固态电解质氮化锂形成研究热潮,但因氮化锂的稳定性较差,当时没有得到较好的发展。另外一个研究重点就是硫化物固态电解质,初期和二期的硫化物性能表现不是很好,真正爆发的是第三期硫化物。此外,还有如卤化物固态电解质、石榴石型氧化物也都在研究中。

固态电池技术的产业现状、投资潜力与前景

评估固态电池技术的经济性,可揭示该技术在产业发展中的潜力与前景。对当前固态电池产业链进行分析,结合市场规模、技术成熟度等因素,提出对该技术投资的潜在价值评估。固态电池技术具备广阔的应用前景,特别是在新能源汽车和储能领域。固态电池技术在提升能源利用效率、减少污染排放等方面,具有重要的理论贡献和实际应用价值,对推动清洁能源技术的发展具有重要意义。

原位固化的全固态电池技术发展历程

原位固化的全固态电池技术,主要聚焦从原位固态化的技术出发,从半固态向全固态发展的过程。一、全固态电池的实用化就实用化角度而言,比如宁德时代(CATL)和比亚迪陆续推出一些高性能动力电池,包括麒麟电池、神行超充以及刀片电芯的2.0版本。在半固态电池的研发上,中科院物理研究所与蔚来汽车展开合作,并实地展示了续航1000公里的150KWh/、360Wh/kg的电池,2023年开始进入量产阶段。全固态电池也开始引起社会更为广泛的关注。比如如何从技术革命、产业升级、商业化角度选择技术路线,有不同考虑。

长循环型固态电池电性能参数试验方法研究

针对长循环型固态电池电性能参数试验方法缺失的情况,通过开展重量比能量、2 C放电容量保持率、循环寿命、低温放电容量、高温放电容量试验验证,分析了重量比能量、容量保持率等关键电性能参数的变化,研制形成长循环型固态电池电性能参数要求和试验方法,填补了试验方法的缺失,满足了应用发展需求。

全固态电池电解质研究进展及趋势分析

随着新能源汽车产业的快速发展,市场对锂离子电池提出了更高的要求,传统液态电解液的能量密度达到了瓶颈期。固态电解质不仅能有效解决锂离子电池的安全问题,而且兼具高能量密度、长寿命等特点,是目前新能源领域的研究重点。本文梳理了氧化物、硫化物、聚合物及卤化物固态电解质的发展现状,通过专利分析预测了固态电池技术发展趋势。总结固态电解质目前研究的方向,进一步展望了固态电池的未来发展前景,旨在为相关企业战略布局提供有价值的技术指引。

高性能全固态电池Li_(7-x)PS_(6-x)Cl_(x)电解质中氯含量的优化

在全固态电池快速发展的背景下,硫银锗矿型电解质Li_(6)PS_(5)Cl因其高离子导率、加工性能好等特点备受瞩目。电解质中的氯取代显著影响其离子电导率和稳定性等特性,但调节氯含量对界面影响的研究仍有待完善。本文采用固相烧结法制备了x=1.0~1.5的Li_(7-x)PS_(6-x)Cl_(x)电解质,评估氯含量(x=1.0~1.5所对应的氯摩尔分数分别为25%~37.5%)对其理化性质的影响。此外,基于电解质在电池不同部件中的性能表现,结合X光电子能谱与阻抗弛豫时间分布等,系统评估氯含量对界面与性能的影响。Li_(5.7)PS_(4.7)Cl_(1.3)材料在正极中展现出优秀的倍率性能;而对于电解质层,高氯含量材料Li_(5.5)PS_(4.5)Cl_(1.5)将导致正、负极界面劣化,降低循环性能。通过调控氯含量,可平衡离子电导与界面反应,从而提升综合性能。所组装的LiNi_(0.8)Co_(0.1)Mn_(0.1)O_(2)@Li_(5.7)PS_(4.7)Cl_(1.3)|Li_(6)PS_(5)Cl|LiIn电池,在20 mg/cm^(2)载量、0.5C倍率循环300圈后仍有132.8 mA·h/g的比容量。

固态电池电解质碳足迹及足迹家族

近年来随着全球气候的变化,推动碳中和成为全球共识。固态电池由于具有安全性高、能量密度大、工作温度范围宽等优势,是未来电池发展的必经之路,而电解质是电池贡献碳足迹的主要部分。选择无机物、聚合物和复合物三类固态电解质共计22种电解质作为研究对象,对其碳足迹、水足迹、物质足迹、生态足迹和健康足迹等分别进行模拟计算,结果表明复合固态电解质、无机固态电解质和聚合物固态电解质的足迹影响值普遍遵循依次减小的规律。在所有的足迹类别中,复合固态电解质的足迹影响值均最高,不同种类无机物复合制备的电解质会对环境造成更大的影响。

面向高比能固态电池的聚合物基电解质固化技术

聚合物基电解质是最具应用前景的固体电解质,它可以在很大程度上缓解甚至解决二次电池中电解液的泄漏、挥发、燃烧和爆炸等潜在安全问题。但是,聚合物基电解质的制备涉及到从液体到固体的固化过程,通常存在工艺烦琐、排放高、厚度难以控制等问题。特别是在规模化生产高比能固态电池过程中,电解质的界面相容性、均匀性、厚度及制备/加工便利性十分重要,这些因素对聚合物基电解质的固化工艺来说是一个较大的挑战。基于此,本文全面总结了聚合物基电解质制备的非原位固化和原位固化两种固化工艺的具体方法,并通过实例重点阐述了固化工艺、固化机理、材料选择、固化工艺优缺点及其在锂二次电池中的应用和研究进展。最后,我们评估并展望了面向高比能固态电池的聚合物基电解质固化的关键材料选择、关键科学及工艺问题、普适性、规模化应用挑战和未来发展趋势。本综述有助于深入理解面向高比能固态电池的聚合物基电解质的固化工艺,有望促进聚合物基电解质及其固态电池的规模化生产和应用。

金属氯化物固态电解质及其全固态电池研究现状与展望

基于无机固态电解质体系的全固态电池,具有高能量密度、长循环寿命和高安全性等特点,被认为是下一代电化学储能电池中备受期待的候选体系。实现高性能全固态电池的关键在于设计和制备具有高离子电导率、界面稳定且易形变的固态电解质材料。金属氯化物型固态电解质作为一种新兴的材料体系,同时具备氧化物固态电解质的抗氧化性以及硫化物固态电解质的高离子传导率和机械延展性,且制备过程简单,无须严苛的环境和极高的烧结温度,可规模化生产潜力大,正逐渐成为实现全固态电池商业化的技术路线竞争者之一。本文通过对近五年来相关电解质材料研究进展的深入分析,对金属氯化物固态电解质体系的研究现状进行了系统评述,涵盖了其合成方法学、晶体结构学、离子传导机制、性能优化策略、电极-电解质界面兼容性以及实用化可行性分析等多个方面。同时,展望了金属氯化物固态电解质未来可能的发展方向,为基于金属氯化物的高性能全固态电池的研究提供了理论和实验参考。

我国固态电池产业化发展的问题与进路

当前,固态电池是新能源汽车、储能等领域电池技术的竞争焦点,成为欧美地区和日韩地区新能源技术的研发重点。我国将固态电池作为下一代储能电池发展的主要方向,在固态电池性能、界面和材料等方面的研发取得了一定的成绩,但也存在关键技术难题待解决、工程化制备技术待突破、知识产权布局待优化、发展技术路线待清晰等重大挑战,产业化发展道路面临诸多困难。当前,应通过加大政策扶持、推动技术创新研究,明确发展目标、坚持多元化发展策略,强化产学研合作、加速研究成果转化,扶持龙头企业、明确固态电池优先发展级,强化国际合作、探索发展新模式等措施,全力以赴构建我国高安全性固态电池科技和产业发展体系。

固态电池硬碳复合负极的制备及其性能研究

固态锂离子电池在安全性和能量密度方面有超过传统锂离子电池的潜力。作为电池的重要组成部分,高性能固态负极的研究和开发具有重要意义。硬碳在充放电过程中的体积变化较小,有利于维持与固体电解质(膜)的物理接触,是固态锂离子电池负极材料的首选之一。在电极中构建良好的离子和电子传导网络是制备高性能固态负极的关键。首次利用硬碳为活性物质、锂化的全氟磺酸(Li-Nafion)树脂与Li_(6.4)La_(3)Zr_(1.6)Ta_(0.6)O_(12)(LLZTO)的复合物同时作为粘结剂和电极内部固体电解质研制了固态复合负极。运用电化学测试和XPS表征,探究了固态复合负极中不可逆容量的来源。通过优化复合负极的组成和结构,实现了硬碳复合负极的稳定循环。所研制的固态复合电极在70℃下循环180次的平均库仑效率为99.82%。以Li-Nafion膜作为电池的固体电解质隔膜,将经预锂化处理的硬碳复合负极与磷酸铁锂正极组装了全电池。该电池稳定循环400次,平均库仑效率达99.80%。此外,该复合负极与单晶LiNi_(0.6)Co_(0.1)Mn_(0.3)O_(2)(NCM613)组装的固态软包电池,首次放电比容量以正极材料计为154.4 mAh/g,首次库仑效率为84.66%,充放电循环30次的平均库仑效率为98.51%。

加快发展无锡固态电池产业的路径研究

固态电池凭借高安全性、高能量密度和长寿命等优势,逐渐成为未来电池技术的发展方向。目前,上海、深圳、苏州、常州等地已率先对固态电池产业加快布局。无锡新能源产业基础雄厚,抢抓固态电池产业发展机遇能够有效提升无锡新能源产业的关联度和上下游产业匹配度。无锡应立足发展实际,从产业链构建、技术研发创新、政策扶持以及标准建设完善等维度探索培育固态电池产业的有效路径,推动新能源产业高质量发展。

北京市固态电池产业发展研究

固态电池被认为是当前解决新能源车续航问题的终极技术之一,全球第一条量产产线的落地加速了其商业化的进程。北京市固态电池产业链完整,研发实力雄厚,拥有卫蓝新能源等领军企业,高安全性的固态电池也会为北京市新能源车产业发展提供强有力的支撑。本文建议从研发支持、引育并重、打造良好产业生态等方面支持固态电池产业发展,支撑本市新能源车产业高质量发展。

基于专利数据的固态电池产业发展态势与我国发展对策研究

为了推动固态电池产业化,本文基于固态电池领域专利申请数据,综合政策、市场动态,从固态电池国内政策、技术研发进展、技术准备水平等几个角度进行深入分析,通过专利文献聚类,尝试对国内外企业的技术准备水平等级进行分级,且对日本代表企业在固态电池领域技术分工模式进行分析,为相关研发主体提供借鉴。

固态电池在新能源汽车中的应用

相比当前商用的锂离子电池,固态电池具有充放电效率高、使用寿命长等优点,这些特性十分契合新能源汽车的技术需求。深入研究固态电池的工作原理、应用模式,可以促进新能源汽车续航里程的延长、充电速度的提升。同时,对固态电池工程化过程中的技术难题进行剖析,可以指导电池生产企业和汽车厂商采取有效对策。该文介绍固态电池工作原理及特性,探讨固态电池在新能源汽车中的具体应用,分析固态电池在新能源汽车中应用产生的问题,并提出解决措施,助力新能源汽车行业发展。

动力电池的发展与挑战——从液态电池到全固态电池

全面探讨了动力电池技术的发展历程,详细分析了各种动力电池技术的工作原理、优势、局限性及其实际应用场景,并针对提高动力电池的能量密度、使用寿命、安全性和降低电池成本等方面,探讨了电池回收和可持续性的重要性。随着动力电池技术的快速发展,新的电池类型及其升级技术有望解决当前面临的挑战,为可持续能源和可再生能源的发展提供保障。

固态电池在新能源汽车中的应用

新能源汽车产业的快速发展对动力电池的安全性、能量密度和循环寿命等提出了更高要求。固态电池具有优异的热稳定性和较高的理论能量密度,被视为具有巨大潜力的新一代动力电池。该文阐述固态电池的研究意义,分析固态电池在新能源汽车中的具体应用,提出固态电池在新能源汽车中的应用优化方向,以加快固态电池技术的产业化进程,促进新能源汽车长远发展。

固体核磁共振技术解析固态电池离子输运机制研究进展

固态电池具有高能量密度和高安全性的特点,是下一代高比能电池的重要发展方向。固态电解质的离子电导率和固态电池多尺度界面性质共同决定固态电池的电化学性能。相比之下,离子在固态电池界面的迁移相对缓慢,这也是提高电化学性能的关键所在。然而传统表征方法有其局限性,无法有效解析固态电池纳米尺度界面对离子传输的影响。固体核磁共振技术可以原位无损地分析局域结构,并对离子传输动力学进行定量分析。本文基于作者所在团队以及国内外先进研究成果,立足于固态电池的离子传输关键科学问题,从固态电解质的离子电导率以及电极电解质界面出发,介绍分析了固体核磁共振技术在研究离子传输方面取得的研究成果。本文首先对固态电池面临的问题进行总结,其次介绍电池研究中常见的固体核磁共振方法,重点介绍了如何通过固体核磁技术解析固态电解质的晶界、离子迁移路径、复合电解质两相界面对传输机制的影响,以及电极电解质界面接触、(电)化学反应和空间电荷层对界面离子传输机制的影响。最后展望了固体核磁共振技术在未来研究固态电池科学问题方面的重要作用。

固态电池石榴石电解质与锂金属界面改善的综述

固态电池因高比能量、高安全性和宽使用温度范围等优势,具有广阔的应用前景。石榴石固态电解质具有较高的离子电导率、较宽的电化学窗口以及对锂金属稳定等特点,是构筑全固态锂金属电池较有发展前景的固态电解质之一。石榴石固态电解质与锂金属之间存在着接触不良、高界面阻抗等问题。对石榴石电解质/锂负极的界面特性及界面问题的成因进行分析,并总结电解质和锂金属表面处理以及引入界面层等调控策略,包括使用锂合金、去除电解质表面的污染物,以及使用原子层沉积、磁控溅射沉积、真空蒸镀等技术添加修饰层,为解决石榴石与锂负极的界面问题提供借鉴。