无机氧化物固态电解质的研究进展

无机固态电解质具有安全性高及电化学窗口高等优点,在固态锂离子电池中具有很大的应用潜力。介绍了无机氧化物固体电解质的特点和性能,综述了无机氧化物固态电解质的制备和改性研究进展,并重点阐述了无机氧化物固态电解质的掺杂改性、包覆改性及复合改性方法,最后对其进行了总结与展望。

锂离子电池聚合物基复合金属氧化物固态电解质研究进展

随着电动汽车的不断普及,锂离子电池(LIBs)的安全性备受关注。目前固态锂离子电池具有能量密度高和安全性好的优势,被认为是解决传统液态锂金属电池安全隐患和提高其循环性能的关键材料。然而,单一形式的固态电解质存在离子电导率低、界面阻抗大等问题,限制了固态锂离子电池的发展。近年来,基于无机填料与聚合物电解质的有机-无机复合电解质受到了广泛关注,有机-无机复合固态电解质兼有聚合物与无机填料的优点,一方面可以提高柔韧性,另一方面可以有效提高电池的机械性能。本文归纳总结了有机聚合物与无机金属氧化物复合固态电解质的不同类型,分析了基于不同聚合物与无机金属氧化物复合形成的有机-无机复合固态电解质对锂离子电池复合界面行为、离子电导率、电池机械性能的影响,并对复合固态电解质制备和应用过程中存在的问题和解决方法进行了梳理。最后对聚合物基复合金属氧化物固态电解质未来要重点解决的问题和发展方向进行了预测。

有机无机复合锂离子电池固态电解质专利分析

随着新能源汽车产业的飞速发展,传统液态电解质已经不能满足市场需求,固态电解质因其安全和能量密度优势已经成为未来发展的理想方向。然而由于无机电解质界面性能差和聚合物电解质材料离子电导率低的固有缺陷,严重阻碍了其实际应用,兼具无机电解质离子电导率高、力学性能好以及有机电解质柔韧性好且不与锂金属反应的复合体系固态电解质已经成为当前研究热点。为了解有机无机复合锂离子电池固态电解质发展态势,本文基于智慧芽Patsnap专利数据库检索结果,总结了全球及中国专利申请数量变化趋势和法律状态,对比了专利主要来源国和主要申请人情况,梳理了技术手段和技术效果之间的关系,重点从有机、无机、添加剂等材料组成,物理共混、三维、多层等复合方式以及特定制备工艺三个维度总结分析了专利技术发展情况。研究发现,我国在有机无机复合锂离子电池固态电解质专利布局方面具有数量优势,但目前申请人较为分散,且技术保护更多限于材料本身,建议加强合作交流,以及对上下游产业的整体技术保护,技术发展方向方面,高无机相用量的三维复合体系具有更佳的综合性能,但从产业化角度,聚合物填充无机颗粒体系可能发展得更快。

锂离子电池用无机固态电解质的制备工艺研究现状与进展

固态电解质被认为是解决锂离子电池安全问题的有效方案之一,无机固态电解质更是因其具有最高的离子电导率而被广泛研究。制备方法对无机固态电解质的性能有较大影响,为此,综述了高温固相法、溶胶—凝胶法、化学共沉淀法、水热法、流延法、磁控溅射法以及3D打印法等七种无机固态电解质制备方法,对上述制备方法的原理和研究现状进行了综述,对其优缺点进行了比较,最后对无机固态电解质制备方法进行了展望,以期为无机固态电解质的制备提供新思路、使无机固态电解质的制备在工业生产上和科学研究中开辟新的可能性。

有机/无机复合固态电解质的研究进展

固态锂金属电池由于高能量密度和高安全性能,成为极具发展潜力的下一代储能系统。有机/无机复合固态电解质由于集成了聚合物基体和无机填料的优点,在锂金属电池中具有广阔的应用前景,其性能与无机填料的尺寸结构以及填料与其他电解质组分的相互作用密切相关。合理设计无机填料的纳米尺寸及复合电解质的结构是提高固体电池中锂离子输运性能的重要手段。综述了基于零维、一维和二维无机填料尺寸设计的复合固态电解质、具有三维框架结构及多层结构的复合固态电解质的研究进展。

稀土改性锂基氧化物固态电解质研究现状与展望

全固态锂电池具有能量密度高和安全性好等优点,成为新能源领域的研究热点。固态电解质作为全固态锂电池的核心部分,决定了电池的能量密度、循环稳定性以及安全性等。其中,氧化物固态电解质因离子电导率高、电化学窗口宽、力学性能优异而备受青睐,所涉及的研究体系主要包括石榴石型、NASICON型以及钙钛矿型固态电解质。然而,烧结温度高、室温离子电导率低、结构不稳定使其难以满足实际应用。本文概述了石榴石型、NASICON型以及钙钛矿型氧化物固态电解质近年的研究现状和存在的问题;总结了具有大离子半径、高价态、低电负性、可变配位数和4f5d电子结构的稀土离子在改性氧化物固态电解质时起到的增加致密度、提高离子电导率以及稳定高离子导电晶相的作用;分析了当前稀土改性氧化物固态电解质面临的主要科学问题和技术瓶颈;最后,对未来稀土改性氧化物固态电解质发展方向进行了展望。

锂离子电池固态电解质的专利分析

【目的】随着新能源汽车产业的快速发展,传统的锂离子电池液态电解液已不能满足市场需求。固态电解质能有效解决锂离子电池的安全问题,是目前新能源领域的研究重点,可以为相关企业的专利战略布局提供技术指引。【方法】以PatSnap(智慧芽)专利检索系统收录的锂离子电池固态电解质相关专利作为数据源,对专利申请发展趋势、法律状态、专利申请人进行可视化分析,并从材料、结构、工艺、专利引用次数等多个维度总结无机、聚合物、有机无机复合固态电解质的技术发展情况。【结果】无机固态电解质和有机无机复合固态电解质具有良好的应用前景,国外企业已经在无机固态电解质方向做了大量专利布局;我国有机无机复合固态电解质领域的专利布局还较少,企业的相关专利布局还较为分散。【结论】加强有机无机复合固态电解质方向的专利布局,确保电解质上下游产业全过程受到知识产权保护,同时深化产学研合作。

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。

固态电解质的国内外研究进展

固态电解质表现出的高安全性、高能量密度等优点,被认为是下一代最具前景的关键储能技术之一。基于以往国内外相关研究,梳理和评述了无机固态电解质、聚合物固态电解质和固态复合电解质的研究进展,通过廓清固态电解质国内外的研究脉络,旨在为全固态电解质和全固态电池的研究设计提供有价值的建议。

无机电解质及聚合物对Mg-Al-混合金属氢氧化物-高岭土分散体系触变性的影响

研究了 3种无机解质 (Na Cl、Mg Cl2 、Al Cl3)和 1种聚合物 (部分水解聚丙烯酰胺 ,PHPA)对 Mg-Al型混合金属氢氧化物 (MMH) -高岭土分散体系触变性的影响 .实验结果表明 ,3种无机电解质的浓度在所研究范围内由小变大 ,均不改变 MMH/高岭土质量比 (R)为 0 .0 2 9体系的正触变性类型 ,但可使 R=0 .1 2 9的Mg-Al-MMA-高岭土体系由复合触变性转变为正触变性 .PHPA的浓度在所研究的范围内由小变大 ,可使R=0 .1 2 9的体系由正触变性转变为复合触变性 ,使 R=0 .1 2 9的体系由复合触变性转变为负触变性 . 3种无机电解质和 PHPA都可降低各分散体系的粘度 .

浓度梯度PEO-LLZTO-LATP固态电解质的制备及性能研究

复合固态电解质因其兼具一定的柔性与机械强度,能够发挥无机固态电解质与有机固态电解质各自的优点使得整体性能得到提升,且可以通过调节各组分的比例使其具备不同的性能。然而,仅靠调节各组分的比例得到的浓度单一的复合固态电解质难以同时满足复合电解质对于负极|电解质与正极|电解质界面的不同需求。因此,为克服单一浓度复合固态电解质存在的局限性,本文通过简单的堆叠与热压工艺,合成得到了无机填料具有浓度梯度分布的PEO-LLZTO-LATP复合固态电解质(GCSE-20LLZTO-50-70LATP),使复合电解质两侧具备不同的电化学性能以分别满足与负极和正极的不同界面需求。梯度结构的设计使复合电解质实现了低无机填料含量的负极侧与Li金属良好的界面接触以及较高的离子电导率(1.01 × 10−4 S∙cm−1),LLZTO在负极侧的采用确保了与Li负极良好的化学相容性,同时高无机填料含量的正极侧提供了良好的枝晶抑制能力,采用电化学稳定性相对更高的LATP作为正极侧的无机填料进一步有效地提升了复合电解质的电化学窗口(5.0 V vs. Li/Li )。GCSE-20LLZTO-50-70LATP能够在0.1 mA·cm−2和50℃下稳定锂剥/镀循环超过1900 h。组装的Li|GCSE-20LLZTO-50-70LATP|LFP全电池在0.1 C电流密度下的放电比容量为157.3 mAh∙g−1,进行70次循环后容量保持率为90.1%。

无机固态电解质的应用技术问题与改性策略

为了在储能技术领域实现高能量密度和良好的安全性目标,全固态锂电池(ASSLBs)成为广泛研究的焦点。作为全固态锂电池的主要组成部分,无机固态电解质在全固态锂电池中起着至关重要的作用。在过去的几年里,无机固态电解质的研究已经取得了重大进展。经过几十年的研究努力,各种具有高离子导电性的锂固体电解质相继报道,硫化物固态电解质在高电位下的不稳定性限制了他在超过4.0 V(vs.Li^(+)/Li)的高压正极材料中的应用;氧化物固态电解质在固固接触上的固有刚性限制了其机械加工性能;卤化物固态电解质同硫化物一并具有严重的空气湿度不稳定性,阻碍其大规模应用。针对电池循环过程中,固态电解质与电极匹配的界面副反应问题、材料本征的吸湿性(空气湿度稳定性差)的问题,以及固态电解质与电极界面物理接触失效问题等技术问题及其改进策略进行了总结和探讨,并提出了关于无机固态电解质自身与界面稳定性未来可行的研究方向。

激光对固态电解质金属氧化物薄膜晶体管性能的影响

基于固态电解质的金属氧化物薄膜晶体管具有良好的环境稳定性和优异的电学性能,因而具有巨大的应用潜力。针对传统基于固态电解质金属氧化物薄膜晶体管调控方式工艺复杂、制备时间长的问题,本文采用高k固态电解质Ta2O5作为栅绝缘层,透明氧化铟锡(ITO)作为有源层以及源漏电极,在沉积半导体层和电极之前,利用飞秒激光对Ta2O5绝缘层薄膜进行照射处理。探究了不同激光强度对固态电解质金属氧化物晶体管电学性能的影响。随着激光强度的提高,晶体管的开态电流提高,阈值电压负向漂移。同时,本文进一步探索了激光对固态电解质晶体管突触性能的影响,兴奋性后突触电流(EPSC)随着激光强度的增强而增加。XPS测试表明,Ta2O5薄膜中氧空位含量增多,从而导致器件电导的变化。本文利用激光优异的加工处理速度和对材料性能的精确控制,提出了一种简单、快速(<1 s)、低温(<45℃)地调控晶体管性能的方式。

石榴石氧化物化学修饰增强聚偏氟乙烯基固态电解质

随着电动汽车和新能源发电等应用的快速发展，开发先进的储能技术已经成为迫切需求。在众多储能技术中，锂离子电池被认为是最具潜力的储能技术之一。目前市场上普遍使用的锂离子电池，其电解质采用液态有机电解液材料，可能产生泄露、易燃易爆等问题，使锂离子电池在使用过程中产生安全隐患。

全固态锂电池有机-无机复合电解质分析

全固态锂电池具有广阔的应用前景,而其关键部件固态电解质已经受到社会的广泛关注,根据现有研究发现,固态电解质被认为是消除锂电池循环性能问题以及安全隐患的重要组成部分。在本次研究中,文章将从固态锂电池结构入手,之后详细介绍了有机-无机复合固态电解质以及聚合物质选择方案、锂盐选择方案等,并且在本次研究中对离子运输机制展开深入研究,分析了其中的基本特征,希望为全面提升锂电池性能提供支持。

降低新能源汽车氧化物基固态电池界面阻抗的研究

氧化物基固态电池具备高能量密度与高安全性能的优势。然而,较大的界面阻抗是制约其发展的最大障碍。采用金属铝与聚氧化乙烯修饰层分别处理正负极界面的高阻抗问题,从而降低电池极化。在负极侧,由于铝与锂具有较高的反应活性,将界面阻抗由原始的632.5Ω/cm^(2)降低至31.2Ω/cm^(2)。在正极侧,由于聚氧化乙烯薄膜缓冲层具有较好的延展性,因此能够提供良好的界面柔性接触,使正极界面阻抗由原始的1457.2Ω/cm^(2)降低至60.3Ω/cm^(2);全电池总阻抗由最初的1638.1Ω/cm^(2)降低至298.7Ω/cm^(2)。得益于界面阻抗的降低,钴酸锂/金属锂全电池的循环寿命获得显著提升,0.1C循环100圈后,容量保持率由最初的仅43.3%提升至95.1%。1C循环500圈后的容量保持率由未经处理的5.1%提升至72.3%。

基于专利的无机固态锂电池电解质技术发展研究

商业化的锂电池大多采用液态电解质作为电解质体系,存在电化学和热稳定性不足、安全性差等问题。无机固态电解质取代传统的液体电解质,可以解决传统锂电池的安全性问题,并具有高电化学稳定性、高机械强度等优点,是当前储能领域的研究热点。本文以全球无机固态电解质专利为研究对象,采用专利数据挖掘方法,梳理了主要机构技术布局、竞争优势、核心技术、最新技术发展趋势,提出了关注国家重大需求、加快关键技术研发、重视专利保护战略等建议。

功能硅烷在有机-无机复合固态电解质中的应用研究进展

有机-无机复合固态电解质不仅具有聚合物电解质的柔韧性和界面相容性,还能显著提高离子传导性和力学性能。然而,构建良好的填料/聚合物分散体系是制备此类复合电解质的难点,设计新型有强相互作用的功能化填料以调控界面渗流结构也面临巨大挑战。通过功能硅烷对无机填料进行化学键联改性或原位合成是解决无机填料与聚合物间分散性和界面相容性问题的有效策略。本文综述了在复合固态电解质中利用功能硅烷对无机填料进行表面改性和原位合成、功能硅烷作为复合固态电解质的交联中心和制备离子胶类复合固态电解质四方面的研究进展,重点阐述了硅烷功能化填料与固态电解质结构和性能之间的关系。最后对功能硅烷在有机-无机复合固态电解质中的应用研究进行了总结和展望。

固态锂电池复合固态电解质研究进展

固态锂电池因质量轻、安全性高、能量密度大、循环寿命长等优点而备受关注,具有广阔的应用前景。其工作原理与传统锂电池基本相同,最大的区别在于电解质不同,固态锂电池采用固态电解质。作为全固态锂离子电池的核心部件,固态电解质的研发是固态锂电池发展的关键因素。目前单一的固态电解质存在着离子电导率低、锂沉积产生锂枝晶而刺穿隔膜、界面不稳定等问题,无法很好地满足固态锂电池的性能要求。而由无机填料和聚合物固态电解质复合而成的复合固态电解质,兼具多种固态电解质的优点,具有稳定的物理和电化学特性,近年来的研究使得离子电导率和电化学稳定性得以提升,综合性能超越了单一的固态电解质。通过精确控制复合固态电解质的组分和结构,可以实现对其各方面物理化学性质的调控。未来的重点研究方向是调整改进复合固态电解质中各种材料的比例,或者探索具有更优异性能的电解质及其辅助材料,开发综合性能优异的新型固态电解质材料。

锂无机固态电解质研究进展

对商业化的传统液态电池存在的问题及无机固态电解质相较于传统液态电解质在安全性和能量密度等方面的优势进行了简单阐述。介绍了目前研究较多的硫化物型、钠超离子导体(NASICON)型、钙钛矿型、石榴石型和锂超离子导体(LISICON)型五种无机固态电解质的化学组成和晶体结构及锂离子导电机制,并对其离子电导率、电化学窗口、电子电导率、成本及其在各方面的稳定性等与实际应用相关的性能进行了综合介绍,重点阐述了每种无机固态电解质的离子电导率及离子掺杂取代、制备工艺改良等提高离子电导率的调控方法。最后,对影响无机固态电解质离子电导率的因素进行了总结,并对固态电解质未来的研究方向进行了展望。