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石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)固态电解质离子电导率及电极界面问题研究进展
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作者 滕雅男 柳欢 +2 位作者 徐薇 白杰 李春萍 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期2109-2122,共14页
石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固态电解质因高安全性且对锂金属稳定成为固态锂电池的关键材料。但是,石榴石型固态电解质离子电导率还有待提高以及固-固界面不良接触导致的界面电阻大等问题使LLZO基固态电池的实际应用受到了... 石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)(LLZO)固态电解质因高安全性且对锂金属稳定成为固态锂电池的关键材料。但是,石榴石型固态电解质离子电导率还有待提高以及固-固界面不良接触导致的界面电阻大等问题使LLZO基固态电池的实际应用受到了限制。从石榴石型LLZO结构角度出发,探讨了锂离子输运机制并综述了提高离子电导率的策略及最新成果。针对固态锂电池无法避免的界面问题,从LLZO固态电解质与同为固态的电极接触方面,总结了优化界面的具体方法。最后,提出了石榴石型固态电解质未来可研究的方向,并促进其在全固态锂电池中的发展和应用。 展开更多
关键词 固态锂电池 Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)电解质 离子电导率 电解质/电极界面
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全固态锂离子电池用硫化物电解质研究进展
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作者 郭邦军 贾理男 +1 位作者 朱金辉 张希 《电池》 CAS 北大核心 2024年第4期559-563,共5页
全固态锂离子电池用硫化物电解质体系具有离子导电率高、制备方法简易、延展性良好和电化学性能稳定等优点,但距离大规模应用仍有一定难度。综述全固态锂离子电池硫化物电解质的研究现状,介绍包含玻璃态、玻璃陶瓷态和晶态等类型的电解... 全固态锂离子电池用硫化物电解质体系具有离子导电率高、制备方法简易、延展性良好和电化学性能稳定等优点,但距离大规模应用仍有一定难度。综述全固态锂离子电池硫化物电解质的研究现状,介绍包含玻璃态、玻璃陶瓷态和晶态等类型的电解质种类,列举硫化物固态电解质的常见制备方法,总结现有的正极与电解质界面、负极与电解质界面以及电解质自身稳定性等问题及相关解决方案。对硫化物电解质在全固态锂离子电池的应用前景作出展望。 展开更多
关键词 锂离子电池 全固态电池 电解质 硫化物电解质 制备方法 电解质/电极界面 电解质稳定性
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固态电池无机固态电解质/电极界面的研究进展 被引量:13
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作者 郑碧珠 王红春 +2 位作者 马嘉林 龚正良 杨勇 《中国科学:化学》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期579-593,共15页
全固态锂电池有望较好地提高电池安全性并实现高的能量密度,因此已成为二次锂电池发展的一个重要方向.发展具有高锂离子电导率、低电解质/电极界面阻抗及有较好应变性的固态电解质材料是全固态电池研究的重要研究课题.如何有效构筑电解... 全固态锂电池有望较好地提高电池安全性并实现高的能量密度,因此已成为二次锂电池发展的一个重要方向.发展具有高锂离子电导率、低电解质/电极界面阻抗及有较好应变性的固态电解质材料是全固态电池研究的重要研究课题.如何有效构筑电解质/电极界面,提高界面稳定性并显著降低界面阻抗又是其中的难点之一.本文综述了近年来国际上比较关注的两种无机固体电解质——硫化物与石榴石(garnet)型氧化物的最新研究进展,重点对这两类固体电解质与正负极材料的界面特性进行总结与评述. 展开更多
关键词 全固态锂电池 固态电解质 电解质/电极界面 硫化物电解质 石榴石型氧化物电解质
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硫化物固态电解质Li10GeP2S12与锂金属间界面稳定性的改善研究 被引量:2
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作者 周墨林 蒋欣 +2 位作者 易婷 杨向光 张一波 《高等学校化学学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期1810-1817,共8页
通过N-丁基-N-甲基哌啶双(氟磺酰)亚胺盐离子液体和双(氟磺酰)亚胺锂盐修饰了Li|Li10GeP2S12界面,并研究了界面的改性效果.研究结果表明,在界面处原位生成一层致密的固体电解质界面膜(SEI),具有一定流变性的离子液体可渗透到Li10GeP2S1... 通过N-丁基-N-甲基哌啶双(氟磺酰)亚胺盐离子液体和双(氟磺酰)亚胺锂盐修饰了Li|Li10GeP2S12界面,并研究了界面的改性效果.研究结果表明,在界面处原位生成一层致密的固体电解质界面膜(SEI),具有一定流变性的离子液体可渗透到Li10GeP2S12晶粒内部;在0.1 mA/cm2的电流密度下,界面改性后的Li|Li10GeP2S12|Li对称电池可稳定循环1500 h以上,极化电压仅为30 mV.在2.5~3.6 V电压范围内, Li|Li10GeP2S12|LiFePO4电池在0.2C倍率下充放电循环的首次放电比容量为148.1 mA·h/g,库仑效率为95.8%,经过30次循环后容量保持率为90.1%. 展开更多
关键词 硫化物固态电解质 电解质/电极界面 离子液体
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石榴石型Li_(7)La_(3)Zr_(2)O_(12)复合固体电解质的研究进展 被引量:2
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作者 刘楚薇 王建明 +1 位作者 王漪霏 刘涛 《功能材料》 CAS CSCD 北大核心 2021年第11期11076-11086,共11页
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) ... 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。 展开更多
关键词 LLZO复合固体电解质 LLZO基复合固体电解质 LLZO/SPE固体电解质 离子电导率 电解质/电极界面 电池性能
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原位热聚合制备PVC-SN共混固态电解质及其性能
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作者 陈敏健 张思玉 +1 位作者 马骋 韦伟峰 《粉末冶金材料科学与工程》 EI 2021年第2期139-146,共8页
固态电解质的低离子电导率和不稳定的电解质/电极界面是阻碍固态锂电池发展的关键问题。本文采用原位热聚合法制备聚碳酸亚乙烯酯(PVC)和丁二腈(SN)共混固态电解质,研究SN对PVC固态电解质本征性能以及固态电解质/电极界面稳定性的影响... 固态电解质的低离子电导率和不稳定的电解质/电极界面是阻碍固态锂电池发展的关键问题。本文采用原位热聚合法制备聚碳酸亚乙烯酯(PVC)和丁二腈(SN)共混固态电解质,研究SN对PVC固态电解质本征性能以及固态电解质/电极界面稳定性的影响。研究结果表明:具有较好抗氧化性的SN均匀地分布在固态电解质内部,促进锂盐解离的同时提高聚合物链段运动能力,实现对离子导电网络的增强。引入SN后,室温离子电导率从2.4×10^(−6) S/cm提升至1.213×10^(−3) S/cm,氧化分解电位从4.58 V提升至5.52 V。当w(SN)为10%时展现出优异的循环稳定性,放电比容量高达163.1 mAh/g。在充电过程中,SN上具有孤电子对的氰基与高活性过渡金属离子配位络合,可减少电解质/电极界面副反应,提高正极材料的结构稳定性。 展开更多
关键词 固态电解质 锂电池 离子电导率 电解质/电极界面 放电比容量
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Designing Conformal Electrode-electrolyte Interface by Semi-solid NaK Anode for Sodium Metal Batteries
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作者 YIN Chunsen CHEN Zeyuan WANG Xiuli 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期533-543,共11页
Solid-state Na metal batteries(SSNBs),known for its low cost,high safety,and high energy density,hold a significant position in the next generation of rechargeable batteries.However,the urgent challenge of poor interf... Solid-state Na metal batteries(SSNBs),known for its low cost,high safety,and high energy density,hold a significant position in the next generation of rechargeable batteries.However,the urgent challenge of poor interfacial contact in solid-state electrolytes has hindered the commercialization of SSNBs.Driven by the concept of intimate electrode-electrolyte interface design,this study employs a combination of NaK alloy and carbon nanotubes to prepare a semi-solid NaK(NKC)anode.Unlike traditional Na anodes,the paintable paste-like NKC anode exhibits superior adhesion and interface compatibility with both current collectors and gel electrolytes,significantly enhancing the intimate contact of electrode-electrolyte interface.Additionally,the filling of SiO_(2)nanoparticles improves the wettability of NaK alloy on gel polymer electrolytes,further achieving a conformal interface contact.Consequently,the overpotential of the NKC symmetric cell is markedly lower than that of the Na symmetric cell when subjected to a long cycle of 300 h.The full cell coupled with Na_(3)V_(3)(PO_(4))_(2)cathodes had an initial discharge capacity of 106.8 mAh·g^(-1)with a capacity retention of 89.61%after 300 cycles,and a high discharge capacity of 88.1 mAh·g^(-1)even at a high rate of 10 C.The outstanding electrochemical performance highlights the promising application potential of the NKC electrode. 展开更多
关键词 Solid-state Na metal battery NaK alloy Gel electrolyte electrode-electrolyte interface dendrite free anode
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Electrolyte engineering for optimizing anode/electrolyte interface towards superior aqueous zinc-ion batteries:A review
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作者 Hua-ming YU Dong-ping CHEN +6 位作者 Li-jin ZHANG Shao-zhen HUANG Liang-jun ZHOU Gui-chao KUANG Wei-feng WEI Li-bao CHEN Yue-jiao CHEN 《Transactions of Nonferrous Metals Society of China》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第10期3118-3150,共33页
Aqueous zinc-ion batteries(AZIBs) are promising candidates for the large-scale energy storage systems due to their high intrinsic safety,cost-effectiveness and environmental friendliness.However,issues such as dendrit... Aqueous zinc-ion batteries(AZIBs) are promising candidates for the large-scale energy storage systems due to their high intrinsic safety,cost-effectiveness and environmental friendliness.However,issues such as dendrite growth,hydrogen evolution reaction,and interfacial passivation occurring at the anode/electrolyte interface(AEI) have hindered their practical application.Constructing a stable AEI plays a key role in regulating zinc deposition and improving the cycle life of AZIBs.The fundamentals of AEI and the challenges faced by the Zn anode due to unstable interfaces are discussed.A comprehensive summary of electrolyte regulation strategies by electrolyte engineering to achieve a stable Zn anode is provided.The effectiveness evaluation techniques for stable AEI are also analyzed,including the interfacial chemistry and surface morphology evolution of the Zn anode.Finally,suggestions and perspectives for future research are offered about enabling a durable and stable AEI via electrolyte engineering,which may pave the way for developing high-performance AZIBs. 展开更多
关键词 aqueous zinc-ion battery anode/electrolyte interface zinc anode aqueous electrolyte electrolyte engineering electrolyte additives
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石榴石型固态锂电池中的物理问题 被引量:4
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作者 赵宁 穆爽 郭向欣 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2020年第22期181-198,共18页
采用固体电解质的固态锂电池具有实现高能量密度和高安全性的潜力,在新能源汽车和可穿戴电子设备领域的应用大有可为.石榴石型Li_7La_3Zr_2O_(12)(LLZO)固体电解质具有高离子电导率和对锂稳定等特点,是当下最受人瞩目的固体电解质材料之... 采用固体电解质的固态锂电池具有实现高能量密度和高安全性的潜力,在新能源汽车和可穿戴电子设备领域的应用大有可为.石榴石型Li_7La_3Zr_2O_(12)(LLZO)固体电解质具有高离子电导率和对锂稳定等特点,是当下最受人瞩目的固体电解质材料之一.本文从物理的角度,探讨热力学和动力学两种因素对LLZO电化学稳定性的影响,离子界面输运机理及其在陶瓷和复合电解质中的应用.针对固态锂电池突出的界面问题,从界面匹配、电荷转移、体积应变、热量传递等方面,讨论固态锂电池循环寿命和实际安全性,给出构建理想界面的关键因素.最后,从电极、电解质和电池结构设计等方面分析如何构建高能量密度的固态锂电池电芯.本文希望通过对LLZO最新理论和实验研究成果的分析总结,阐明石榴石型固态锂电池中的关键物理问题,为高性能固态锂电池的发展提供依据. 展开更多
关键词 固态电池 石榴石型固体电解质 电解质/电极界面 固态电芯设计
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聚合物基固体电解质研究进展 被引量:3
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作者 周晓燕 付佳龙 +5 位作者 李卓 郁睿 刘松涛 李志勇 魏璐 郭新 《科学通报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期842-859,共18页
聚合物基固体电解质在高能量密度和高安全性固态电池领域具有良好的应用前景.然而,现有的聚合物基固体电解质在应用时仍然面临室温离子电导率低、电解质/电极界面接触差、电化学窗口窄等严峻挑战.本文从聚合物基固体电解质离子电导率的... 聚合物基固体电解质在高能量密度和高安全性固态电池领域具有良好的应用前景.然而,现有的聚合物基固体电解质在应用时仍然面临室温离子电导率低、电解质/电极界面接触差、电化学窗口窄等严峻挑战.本文从聚合物基固体电解质离子电导率的提升和界面性能的改善出发,重点阐述聚合物基固体电解质的发展现状及优化策略.首先,从两个方面总结了聚合物基固体电解质离子电导率的定向优化策略:构建连续、定向取向的离子传输路径和缩短离子传输距离;其次,总结了聚合物基固体电解质/电极之间的界面优化策略:构建润湿界面和制作非对称电解质,以降低电解质/电极的界面电阻,提升电解质/电极的界面相容性;最后,对聚合物基固体电解质和固态电池的发展前景进行了展望,并提出了该领域的重点发展方向以及先进的分析测试方法,为聚合物基固体电解质的研究和发展提供全面的了解和深入的指导. 展开更多
关键词 聚合物基固体电解质 锂离子电导率 电解质/电极界面 固态电池
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A strong Lewis acid imparts high ionic conductivity and interfacial stability to polymer composite electrolytes towards all-solid-state Li-metal batteries 被引量:2
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作者 Litong Wang Yunlei Zhong +7 位作者 Zhaorui Wen Chaowei Li Jingxin Zhao Mingzheng Ge Pengfei Zhou Yanyan Zhang Yuxin Tang Guo Hong 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第8期2179-2188,共10页
The development of high-performance solid polymer electrolytes is crucial for producing all-solid-state lithium metal batteries with high safety and high energy density.However,the low ionic conductivity of solid poly... The development of high-performance solid polymer electrolytes is crucial for producing all-solid-state lithium metal batteries with high safety and high energy density.However,the low ionic conductivity of solid polymer electrolytes and their unstable electrolyte/electrode interfaces have hindered their widespread utilization.To address these critical challenges,a strong Lewis acid(aluminum fluoride(AIF_(3)))with dual functionality is introduced into poly(ethylene oxide)(PEO)-based polymer electrolyte.The AlF;facilitates the dissociation of lithium salt,increasing the iontransfer efficiency due to the Lewis acid-base interaction;further the in-situ formation of lithium fluoride-rich interfacial layer is promoted,which suppresses the uneven lithium deposition and continuous undesired reactions between the Li metal and PEO matrix.Benefiting from our rational design,the symmetric Li/Li battery with the modified electrolyte exhibits much longer cycling stability(over 3600 h)than that of the pure PEO/lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(LiTFSI)electrolyte(550 h).Furthermore,the all-solid-state LiFeP04 full cell with the composite electrolyte displays a much higher Coulombic efficiency(98.4%after 150 cycles)than that of the electrolyte without the AlF;additive(63.3%after 150 cycles)at a large voltage window of 2.4-4.2 V,demonstrating the improved interface and cycling stability of solid polymer lithium metal batteries. 展开更多
关键词 all-solid-state battery composite electrolyte interfaces Li-ion conductivity polyethylene oxide
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Universal lithiophilic interfacial layers towards dendrite-free lithium anodes for solid-state lithium-metal batteries 被引量:2
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作者 Guanjie Lu Zhencai Dong +10 位作者 Wei Liu Xiaoping Jiang Zuguang Yang Qiwen Liu Xiukang Yang Dan Wu Zongyang Li Qiannan Zhao Xiaolin Hu Chaohe Xu Fusheng Pan 《Science Bulletin》 SCIE EI CSCD 2021年第17期1746-1753,M0003,共9页
Solid-state lithium-metal-batteries(SSLMBs)using garnet Li_(6.4)La_(3)Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)(LLZTO)as the solid electrolyte are expected to conquer the safety concerns of high energy Li batteries with organic liquid e... Solid-state lithium-metal-batteries(SSLMBs)using garnet Li_(6.4)La_(3)Zr_(1.4)Ta_(0.6)O_(12)(LLZTO)as the solid electrolyte are expected to conquer the safety concerns of high energy Li batteries with organic liquid electrolytes owing to its nonflammable nature and good mechanical strength.However,the poor interfacial contact between the Li anode and LLZTO greatly restrains the practical applications of the electrolyte,because large polarization,dendritic Li formation and penetration can occur at the interfaces.Here,an effective method is proposed to improve the wettability of the LLZTO toward lithium and reduce the interfacial resistance by engineering universal lithiophilic interfacial layers.Thanks to the in-situ formed lithiophilic and ionic conductive Co/Li_(2)O interlayers,the symmetric Li/CoO-LLZTO/Li batteries present much smaller overpotential,ultra-low areal specific resistance(ASR,12.3 X cm^(2)),high critical current density(CCD,1.1 mA cm^(-2)),and outstanding cycling performance(1696 h at a current density of 0.3 mA cm^(-2))at 25℃.Besides,the solid-state Li/CoO-LLZTO/LFP cells deliver an excellent electrochemical performance with a high coulombic efficiency of~100%and a long cycling time over 185 times.Surprisingly,the high-voltage(4.6 V)solid state Li/CoO-LLZTO/Li_(1.4)Mn_(0.6)Ni_(0.2)Co_(0.2)O_(2.4)(LMNC622)batteries can also realize an ultra-high specific capacity(232.5 mAh g-1)under 0.1 C at 25℃.This work paves an effective way for practical applications of the dendrite-free SSLMBs. 展开更多
关键词 GARNET Lithium metal batteries Lithiophilic layers Solid-state electrochemical interface Solid-state electrolytes
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Artificial solid-electrolyte interface facilitating uniform Zn deposition by promoting chemical adsorption
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作者 Jingjing Zhang Wei Peng +3 位作者 Junhong Jin Shenglin Yang Aishui Yu Guang Li 《Science China Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第3期663-674,共12页
Zn-air batteries are promising energy storage and conversion systems to replace the conventional lithiumbased ones.However,their applications have been greatly hindered by the formation of Zn dendrites and ZnO passiva... Zn-air batteries are promising energy storage and conversion systems to replace the conventional lithiumbased ones.However,their applications have been greatly hindered by the formation of Zn dendrites and ZnO passivation layer on the Zn anodes.Herein,we report the fabrication of an artificial protective layer comprised of N-doped threedimensional hollow porous multi-nanochannel carbon fiber with well-dispersed TiO_(2) nanoparticles(HMCNF).The incorporated TiO;nanoparticles and N dopants improve the ion flux distribution and promote the surface adsorption,facilitating the interfacial pseudocapacitive behaviors during Zn deposition.The hierarchical architecture also induces homogenous electric field distribution at the anode/electrolyte interface.Accordingly,the deposition behavior of Zn is regulated,giving rise to enhanced utilization and rechargeability of Zn.When integrated in alkaline Zn-air batteries,the HMCNF-coated Zn anodes exhibit improved electrochemical performances relative to those with the bare Zn anodes,demonstrating a versatile strategy to boost energy storage of metal anodes through optimizing surface adsorption properties. 展开更多
关键词 regulated Zn deposition Zn adsorption artificial solid-electrolyte interface Zn anode Zn-air battery
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