Li_(1.5)Al_(0.5)Ge_(1.5)(PO_4)_3基固体复合电解质的制备及锂离子导电行为

将聚氧化乙烯(PEO)和二(三氟甲基磺酰)亚胺锂(Li TFSI)混合(固定EO/Li摩尔比为13)后,采用溶液浇注法制备了一系列不同Li_(1.5)Al_(0.5)Ge_(1.5)(PO_4)_3(LAGP)与PEO质量比的LAGP-PEO(Li TFSI)固体复合电解质体系.结合电化学阻抗法、表面形貌表征以及与惰性陶瓷填料(SiO_2,Al_2O_3)性能的对比分析,探讨了LAGP在固体复合电解质中的作用机理以及锂离子的导电行为.结果表明,在以LAGP为主相的固体复合电解质中,PEO主要处于无定形态,整个体系主要为PEO与Li TFSI的络合相、LAGP与PEO(Li TFSI)相互作用形成的过渡相和LAGP晶相.其中LAGP作为主要的导电基体不仅起到降低PEO结晶度、改善两相导电界面的作用;同时自身也可以作为离子传输的通道,降低锂离子迁移的活化能,从而使离子电导率得到提高.当LAGP与PEO的质量比为6∶4时,固体复合电解质的成膜性能最好,离子电导率最高,在30℃时为2.57×10^(-5)S/cm,接近LAGP的水平,电化学稳定窗口超过5 V.

PEO基Li_(1.5)Al_(0.5)Ge_(1.5)(PO_4)_3固体复合电解质的制备

以聚环氧乙烷(PEO)为黏结剂,离子导电性的Li1.5Al0.5Ge1.5(PO4)3(LAGP)为主相,乙腈为溶剂,按照EO/Li,摩尔比为13,变化Li N(CF3SO2)2(Li TFSI)中Li+与LAGP中Li+的比例,通过溶液浇注法制备得到LAGP-PEO(Li TFSI)固体复合电解质。用X射线衍射、扫描电镜(SEM)和电化学阻抗(EIS)等方法对固体复合电解质的形貌、结构和电导率进行表征。结果表明,LAGP可与PEO(Li TFSI)部分络合并均匀分散于PEO(LITFSI)内,整个体系内存有三个主体相,即PEO(Li TFSI)的复合相、LAGP晶相以及PEO与两种锂盐的过渡相。通过阻抗谱图发现,当质量比w(LAGP)∶w(PEO)=6∶4时,LAGP-PEO(Li TFSI)固体复合电解质具有最高的室温电导率,为2.68×10?5 S/cm,在333 K时,达到1.86×10?4 S/cm,接近LAGP的电导率水平。这说明固体复合电解质中加入LAGP即降低了PEO的结晶度,LAGP自身的电导率也有一定贡献。

纳米石榴石固体电解质粉体在聚合物电解质中的均匀分散

固态锂电池(SSLBs)因采用金属锂负极和固体电解质,具有提高能量密度和安全性的潜质。固体电解质作为固态锂电池的关键材料,对电池性能有重要影响。其中,聚合物-石榴石型复合固态电解质因结合了聚合物电解质的易加工性以及石榴石电解质的热稳定性和高离子电导率的优点,在固态电池规模化制造中具有良好的应用前景。然而,由于纳米固体电解质粉体的表面能高、与有机物的界面兼容性差,导致纳米锂镧锆氧颗粒在聚合物基体中容易发生团聚,进而导致复合电解质的离子电导率降低。本工作引入硅烷偶联剂3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)对Li_(6.4)La_(3)Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)(LLZTO)的表面进行改性,旨在改善LLZTO颗粒在溶剂和聚合物基体中的分散性。LLZTO纳米颗粒表面的羟基与GPTMS分子反应形成共价键,在颗粒表面形成一层厚度约5 nm的GPTMS修饰层。GPTMS中具有亲脂性的环氧基团,使改性后的LLZTO纳米颗粒(LLZTO@GPTMS)在有机溶剂中均匀分散。粒度分布实验表明,LLZTO纳米颗粒的分散性与溶剂的极性呈正相关。采用均匀分散的LLZTO悬浮液,制备的PEO:LLZTO复合电解质的室温离子电导率可以达到2.31×10^(-4)S·cm^(-1)。使用优化后的PEO:LLZTO@GPTMS电解质组装的锂对称电池以及以LiFePO_(4)(LFP)为正极、金属锂为负极的SSLBs均表现出更长的循环寿命。此外,GPTMS的修饰有助于LLZTO纳米颗粒在聚乙烯(Polyethylene,PE)隔膜上的均匀涂覆。采用LLZTO@GPTMS涂覆PE隔膜的LFP|Li电池比采用未修饰LLZTO涂覆PE隔膜的电池展现出更优异的循环稳定性。结果表明,GPTMS能够有效提高LLZTO纳米颗粒在有机溶剂和聚合物基质中的分散性,对其他有机-无机复合材料体系具有指导意义。

金属锂电池用复合固体电解质的研究进展

固体电解质一般分为聚合物、无机陶瓷及由两者组成的复合体系。聚合物/无机陶瓷复合固体电解质综合了聚合物电解质高柔韧性带来的界面稳定性和无机陶瓷电解质室温离子电导率高的优点,广泛应用于金属锂电池。综述以聚合物为主体的聚环氧乙烷(PEO)和聚丙烯腈(PAN)复合电解质,及以无机陶瓷材料为主体的石榴石型、NASICON型和钙钛矿型复合电解质的研究现状及Li+传输机理;展望电解质今后将朝着高离子电导率、低界面阻抗的方向发展。

氧化物固体电解质的三维框架结构设计及在全固态锂离子电池中的应用

相比于传统锂离子电池,全固态锂电池在安全性、能量密度和工作温度范围等方面具有显著优势,研究并开发固体电解质是突破锂电池的技术瓶颈和进一步产业化发展的关键步骤。针对目前聚合物复合电解质中的颗粒填料团聚以及固体电解质/电极界面中存在的问题,该领域涌现了一批具有创新性的无机固体电解质结构设计。本文首先对基于三维氧化物固体电解质框架的复合电解质中的离子传输途径进行了概括性的讨论,阐述了电解质的结构可能对离子传输带来的影响。文章重点介绍了近年来对氧化物固体电解质的三维框架结构设计和应用及其制备方法,详述了不同的电解质框架结构对电池电化学性能方面的优化策略并对电池性能进行了比较。三维电解质框架除了可以作为复合电解质的基体外,也可以将电极材料填入其中,使其作为复合电极的基体,为电极与电解质之间提供了一种新的接触形式,以解决电极的体积变化和锂枝晶生长问题。文章在最后对设计思路以及仍面临的挑战进行了总结。

纳米复合型固体聚合物电解质材料的研究进展

综述了纳米复合型聚合物电解质材料研究工作的基本情况。着重介绍了以聚氧化乙烯、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚氯乙烯和聚磷腈等为聚合物基体的纳米复合型固体聚合物电解质材料的研究进展,并对其研究前景做了展望。

无机粒子-高分子复合固体电解质的研究进展

综述了锂离子电池用无机粒子 高分子复合固体电解质方面的研究进展 ,对复合电解质的种类、无机复合粒子的作用和电解质在锂电池方面的应用情况进行了评述。

锂盐对LAGP-PEO复合固体电解质及全固态LFP锂离子电池性能的影响

将Li_(1.5)Al_(0.5)Ge_(1.5)(PO_4)_3(LAGP)与少量PEO(LiX)复合,采用溶液浇注法制备了以LAGP为主相的固体复合电解质,研究了LiClO_4、LiTFSI、LiBOB 3种锂盐对固体复合电解质离子电导率、电化学稳定窗口、与锂负极界面的化学稳定性和电化学稳定性的影响以及锂盐种类对LFP固态电池循环及倍率性能的影响。研究结果表明,采用LiClO_4、LiTFSI、LiBOB_3种锂盐制备的固体复合电解质分解电压均超过5 V,具有较好的电化学稳定性。LAGP-PEO(LiTSFI)固体复合电解质的离子电导率以及室温对锂界面的稳定性相对更高。LAGP-PEO(LiBOB)与锂的界面在60℃时相对更稳定。与之对应,采用LAGP-PEO(LiTSFI)和LAGP-PEO(LiBOB)固体复合电解质的LFP全固态电池,分别在25℃和60℃具有最高的比容量和最好的循环稳定性。

石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)复合固体电解质的研究进展

与Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)片状陶瓷固体电解质相比,LLZO复合固体电解质在复合材料的协同作用下,改善固体电解质与电极界面的润湿性,降低界面电阻,并抑制锂枝晶的生长,提高电池的循环稳定性。室温下离子电导率为10^(-4)~10^(-3) S/cm数量级。重点阐述了LLZO基复合固体电解质和LLZO/聚合物固体电解质的最新研究进展,讨论了LLZO含量、晶粒尺寸、微观形貌等对其锂离子传输途径、离子电导率和电池性能的影响,并提出了LLZO复合固体电解质的未来发展方向。

三维NZSPO/PAN-[PEO-NaTFST]复合钠离子电池固体电解质

本工作采用静电纺丝技术,将快离子导体型无机微纳颗粒Na_(3)Zr_(2)Si_(2)PO_(12)(NZSPO)注入聚丙烯腈(PAN)纳米纤维内,合成了3D纤维网状增强型双连续复合固体电解质材料NZSPO/PAN-[PEO-NaTFST]。结果表明,当NZSPO∶PAN质量比为2∶1时,复合固体电解质室温离子电导率达3.38×10^(−5) S/cm,电化学稳定窗口达到4.4 V。以Na_(3)V_(2)(PO_(4))_(3)为正极,金属Na为负极,组装成全固态钠离子电池,表现出优异的循环稳定性。首次充放电可逆容量达到109.7 mA·h/g,在0.1 C下200次循环后容量保持为84.5 mA·h/g,容量保持77%,库仑效率接近100%。差示扫描量热分析(DSC)曲线证实了NZSPO-PAN复合纤维可在低温下抑制PEO聚合物的结晶,并加速离子传输动力学的过程。

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。

介孔Li_(0.5)La_(0.5)TiO_3的制备及在聚合物/无机纳米复合固体电解质中的应用

首次采用凝胶冷冻干燥法制备孔径为20 nm左右的钙钛矿型Li0.5La0.5Ti O3(LLTO)介孔固体电解质。通过X射线衍射、扫描电镜、比表面与孔隙分析对其晶体结构和介孔结构进行表征。交流阻抗分析结果显示,相比本体LLTO,介孔LLTO的室温晶粒电导率变化不大,但由于晶界数量的增加导致室温晶界电导率有所下降。将制得的介孔LLTO加入(PEO)8∶Li TFSI聚合物电解质中形成聚合物/介孔无机纳米复合固体电解质,其室温导电率达5.38×10-5S/cm,较纯(PEO)8∶Li TFSI提高了4.2倍。

PEO基聚合物-陶瓷复合固体电解质研究进展

全固态电池(ASSB)由于能量密度高、热稳定性好、安全可靠而受到广泛关注。固体电解质是其关键部件。聚环氧乙烷(PEO)基聚合物-陶瓷复合固体电解质(CSE)体系具有物美价廉、安全可靠的特点,研究颇为广泛,适用于高性能ASSB。总结了PEO基聚合物-陶瓷CSE的最新进展。从组分、电化学性能、无机陶瓷颗粒结构和离子导电机理进行了分析总结,介绍了PEO基聚合物-无机陶瓷CSE的设计方向、主要挑战和应用前景。

LATP-PEO复合电解质成膜及离子电导率特性

以纳米Li1.3Al0.3Ti1. 7(PO4)3(LATP)固体电解质为填料,聚氧化乙烯(PEO)为粘结剂,双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li TFSI)为添加剂,乙腈为溶剂,利用流延法制备LATP-PEO固体复合电解质薄膜;采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和交流阻抗(EIS)等方法,研究样品的结构特征、形貌特征以及离子导电性能;探讨PEO摩尔质量与含量对LATP-PEO复合电解质薄膜成膜特性的影响。结果表明:PEO摩尔质量为5 000 kg/mol,LATP与PEO质量比为1∶0. 43时,可以获得膜厚为25μm,颗粒分布均匀的柔性LATP-PEO; LATP-PEO离子电导率随温度增高而增大,25℃时为1. 36×10-5S/cm,100℃达到4. 60×10-4S/cm;温度在-20~60℃时,该薄膜离子活化能为4. 86 eV,温度在60~100℃时,离子活化能为0. 22 eV。

高性能IPN型PEO基复合固体电解质的原位制备与性能研究

将含多个端基双键的丙烯酸酯加入PEO固体电解质的基体,利用紫外光引发原位聚合反应,制备出高性能IPN型PEO基复合固体电解质。该电解质结构均匀,力学性能好,电化学性能突出。利用制得的固体电解质组装的固态锂电池具有良好的循环稳定性、界面相容性。

Li_3PO_4对Li_(0.5)La_(0.5)TiO_3/Li_3PO_4复合固体电解质的电性能影响（英文）

利用复阻抗谱分析技术考察了复合Li_3PO_4的Li_(0.5)La_(0.5)Ti O_3(LLTO)固体电解质的离子电导率,同时还利用X射线衍射图谱、扫描电镜观测和相对致密度测量等实验手段研究了LLTO电解质中第二相的分散情况。结果发现,加入Li_3PO_4第二相后,尽管复合固体电解质LLTO拥有比较高的致密度,但是Li_3PO_4会导致离子电导率的降低。通过分析LLTO的晶体结构,晶界的微观结构和锂含量,阐明了LLTO离子电导率恶化的原因,往LLTO基质中分散的Li_3PO_4导致的锂含量和微观结构的变化是引起锂离子传导行为改变的主要原因。

氟化工专利精选

经稳定的热传递组合物、方法和系统复合固体电解质薄膜及其制备方法、固态电池将聚偏氟乙烯六氟丙烯聚合物溶解于有机溶剂中,得到混合溶液;将LATP陶瓷电解质、交联剂、光引发剂和高氯酸锂加入所述混合溶液中进行混合,得到前驱体溶液;将前驱体溶液倒入模板容器中进行紫外光和热耦合,固化得到所述复合固体电解质薄膜,能够以聚偏氟乙烯六氟丙烯聚合物为柔性骨架,LATP陶瓷电解质为刚性结构制备出1种刚柔复合固体电解质,提升了物理机械稳定性以及电池电化学性能,因此,基于复合固体电解质薄膜所制备的复合固体电解质体系具有优异的导电性、良好的倍率和循环性能,便于后续制备出高安全性能的固态电池。

三维分级复合固态电解质用于增强全固态锂金属电池界面相容性

复合固体电解质结合了聚合物固体电解质和无机固态电解质的优势,被认为是用于高能量密度全固态锂金属电池最有前景的电解质.但是,电极/电解质界面相容性差以及填料团聚阻碍了复合固态电解质的实用化进程.为解决上述问题,本文利用硅烷偶联剂(KH570)修饰Li_(6.4)La_(3)Zr_(2)Al_(0.2)O_(12)(KH@LLZO),通过原位聚合得到三维分级结构复合固态电解质.电解质中填料(KH@LLZO)含量高(80 wt%)的一侧提供刚性的屏障来抑制锂枝晶的生长;填料含量低(8 wt%)的一侧具有最优的离子电导率,赋予电池体系高效的锂离子传输.得益于电解质独特的分级结构,采用该电解质组装得到的对称锂电池具有0.9 mA cm^(-2)的临界电流密度,并且在0.3 mA h cm^(-2)的面容量下稳定循环超过600 h.组装的Li|LiFePO_(4)电池也展现了长循环稳定性(0.5 C电流密度下循环200圈,容量保持率为91.6%).此外,组装得到的软包电池表现出优异的柔韧性和安全性.本研究提出的采用表面修饰填料(KH@LLZO)构筑得到的分级结构复合固态电解质,为开发无枝晶、高性能全固态锂金属电池开辟了一条新途径.

基于复合固体聚合物电解质的固态钠电池

将钠离子导体Na-β’’-Al2O3作为活性填料引入聚氧化乙烯(PEO)/双(三氟甲基磺酰)亚胺钠(NaTFSI)固体聚合物电解质(SPE)中,得到有机–无机复合固体聚合物电解质(CPE)。对SPE及CPE的相结构、相转变、离子电导率、离子迁移数及电化学稳定性等基础理化性质进行了表征分析,对两者在固态钠电池Na3V2(PO4)3@C||Na中的电化学性能进行了测试。结果表明:Na-β’’-Al2O3的引入,有效提升了钠离子迁移数(SPE为0.19,CPE为0.71)和钠离子电导率(80℃时,SPE为1.65×10–4 S/cm,CPE为8.19×10–4 S/cm)。基于CPE的固态钠电池表现出更加优异的循环稳定性,0.5 C循环100周后容量保持率为93.9%,2.0 C循环500周后容量保持率为74.0%。