磷酸钛铝锂基全固态金属锂电池界面稳定性研究

采用固体电解质代替具有可燃性的液态电解液可有效解决当今锂离子电池的安全问题。然而,固态电池中的电极/电解质的固-固接触通常具有较大的界面阻抗,从而导致电池极化增加。采用聚偏氟乙烯(PVDF)基固体电解质作为正负极界面缓冲层,可有效地解决固体电解质与电极的高界面阻抗问题,使正极界面单位面积阻抗从1 716Ω/cm^(2)降至213Ω/cm^(2)。在负极处,PVDF可提供良好的弹性支撑,使负极界面单位面积阻抗从1 135Ω/cm^(2)降至109Ω/cm^(2)。此外,金属锂对称电池的直流极化测试表明,经过PVDF修饰后负极界面稳定性显著提高。最后,组装的钴酸锂/金属锂软包电池,正负极界面均经PVDF修饰后,电池能量密度可达到336 W·h/kg。1C条件下循环300次后,容量保持率可从30.7%提升至83.3%。

锂离子电池用电解质掺铝磷酸钛锂的研究现状

综述无机固体电解质和NASICON型体系的基础理论,重点介绍掺铝磷酸钛锂(LATP)的制备和掺杂改性研究进展,展望无机固体电解质LATP的发展趋势。LATP的室温离子电导率可超过10^(-4)S/cm,具备实际应用的水平;电极材料与固体电解质固固界面阻抗较大,倍率性能相对较差。

废旧电池回收过程中磷酸铁渣的提纯

为实现磷酸铁渣高附加值资源回收利用,采用盐酸浸出渣中铁、铁粉置换除铜、水解-化学沉淀法去除浸出液中钛、铝。结果表明,盐酸浓度25%、液固比6 mL/g、浸出温度60℃、浸出时间60 min时,磷酸铁渣中铁浸出率达98.7%;控制溶液初始pH=0.6,铁粉添加量为浸出液中铁物质的量0.55倍、反应温度60℃、反应时间35 min时,铜去除率达96.2%,钛去除率达83.6%;水解-化学沉淀法除钛、铝的过程中,氟化钠与铝物质的量比8∶1、反应pH=1.9、反应温度40℃、反应时间30 min时,钛去除率达97.6%,铝去除率达99.3%,浸出液中杂质元素含量满足后续电池级磷酸铁的制备要求。

界面三维扩散通道与富锂锰基的协同效应研究

富锂锰基正极材料具有诸多优点,但是其低锂离子电导率和高扩散势垒严重影响其倍率性能。提出了快离子导体磷酸钛铝锂表面包覆改性策略,分析了富锂锰基正极材料与磷酸钛铝锂包覆层的协同效应。结果表明:在700℃煅烧5 h,包覆量为3%(质量分数)Li_(1.3)Ti_(1.7)Al_(0.3)(PO_(4))_(3)的Li-[Li_(0.2)Mn_(0.54)Ni_(0.13)Co_(0.13)]O_(2)具有最佳的性能,在100次循环后,放电比容量为226.5 mAh/g,保持率为89.7%。其优异的电化学性能可归因于包覆层提供三维锂离子扩散通道,减小了电极-电解液界面迁移阻抗。

LATP改性PVDF-PAN复合隔膜的制备及应用

以高离子电导率的固态电解质磷酸钛铝锂[Li_(1.4)Al_(0.4)Ti_(1.6)(PO_(4))_(3),LATP]纳米材料为上下层,聚偏氟乙烯(PVDF)-聚丙烯腈(PAN)纳米纤维隔膜为中间层,制备高界面相容性的LATP改性PVDF-PAN复合隔膜。利用XRD、SEM、热重分析(TG)及充放电测试,对隔膜的性能进行分析。与纯PVDF-PAN纳米纤维隔膜相比,LATP改性PVDF-PAN复合隔膜具有较好的吸液率、热稳定性和电化学性能,起始分解温度可达443℃。组装的锂离子电池以0.2 C倍率在4.2~3.0 V循环300次,容量保持率为96.22%,界面阻抗由25.32Ω降低至14.38Ω,表现出良好的界面相容性。

基于陶瓷/聚合物的准固态复合电解质的制备及电化学性能

采用聚碳酸亚丙酯(PPC)、偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物(P(VDF-HFP))、双三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)、磷酸钛铝锂(Li_(1.4)Al_(0.4)Ti_(1.6)(PO_4)_3)和锂离子电池三元电解液(1 mol·L^(-1)LiPF_6的碳酸乙烯酯(EC)-碳酸二甲酯(DMC)-碳酸甲乙酯(EMC)溶液,V_(EC)∶V_(DMC)∶V_(EMC)=1∶1∶1)制得准固态复合电解质,其中液态电解质含量为9%(w/w)。准固态复合电解质膜在25℃下电导率达1.3×10^(-4) S·cm^(-1)。与LiFePO_4组装成准固态锂电池,0.5C倍率下首次放电比容量达128.4 mAh·g^(-1),充放电50次后容量保持率为80%。与纯聚合物准固态电解质相比,添加Li_(1.4)Al_(0.4)Ti_(1.6)(PO_4)_3可显著降低界面电阻。

人工晶体中的“非主流”——有机晶体

提起人工晶体材料,无论是激光与非线性光学晶体,还是半导体晶体、压电、铁电晶体,人们耳熟能详的是诸如YAG(钇铝石榴石)、KTP(磷酸钛氧钾)、LBO(三硼酸锂)、单晶硅、铌酸锂等无机晶体。无机晶体中的化学键多属于结合较强的原子或离子键,其物理化学性质较稳定,硬度较高,有利于晶体的生长、加工和应用。

凝胶注模工艺制备三维多孔Li1.3Al0.3Ti1.7（PO4）3固态电解质

三维多孔固态电解质是连续型复合电解质的骨架部分。采用共沉淀法制备Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3固态电解质粉体,再通过凝胶注模工艺合成了Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3多孔坯体,并在不同温度下烧结,比较了烧结体的物相组成、显微形貌、收缩率、孔隙率、电导率和激活能。结果表明:在900℃以上烧结,坯体发生明显的致密化,并且产生更多的杂相,其致密度升高而电导率降低。在800℃烧结的样品,孔隙率在50%以上,具有6.94×10–5 S/cm的电导率,激活能为0.27 eV。所得多孔坯具有较高的孔隙率和电导率,使其适合作为三维有机–无机复合固态电解质的陶瓷框架。