硫化物固态电解质薄膜的室温干法制备和全固态电池性能

硫化物固态电解质具有高室温离子电导率,但机械强度差难以形成实用电解质层。因此,提出聚合物粘接剂预纤维化的策略,实现了硫化物电解质复合膜的室温干法制备提升了全固态电池的性能。通过PTFE乳液破乳干燥制备了预纤维化的PTFE干粉,采用Li6PS5Cl电解质和纤维化PTFE在室温辊压下成功制备了超薄(~35μm)和高离子电导率(3.17 mS/cm)的硫化物固态电解质复合膜。采用铌酸锂包覆的钴酸锂(LCO@LNO)为正极材料,通过室温干法工艺,制备了正极材料、硫化物电解质、导电剂的复合正极薄膜。通过超薄锂铟合金、电解质复合膜、正极复合膜的简单堆叠,制备了全固态薄膜电池,实现了正极材料134.1 mAh/g的可逆比容量,全电池188Wh/kg的比能量和100次的稳定循环。

锂磷氧氮薄膜电解质的制备与结构分析

锂磷氧氮(LiPON)是薄膜电池应用中最具代表性的薄膜固态电解质,还被用作界面保护层,用以提高电解质与正极、负极的界面稳定性。采用射频磁控溅射方法,以Li_(3)PO_(4)为溅射靶材,在N_(2)气氛下沉积LiPON薄膜固态电解质。通过优化溅射功率、工作压强、基底温度等工艺条件,制备出表面致密、均匀、无缺陷的LiPON薄膜。XPS测试结果表明,薄膜的溅射过程是一种反应式溅射,N取代Li_(3)PO_(4)结构中的桥氧键(—O—)与非桥氧键(=O),形成氮三配位键N_(t)(—N<)和氮双配键N_(d )(=N—),构成网状结构的LiPON薄膜。测得LiPON薄膜固态电解质的室温离子电导率为7×10^(-7)S·cm^(-1),电子电导率为4.8×10^(-13 )S·cm^(-1)。LiPON薄膜固态电解质致密的形貌和稳定的电化学性能使得LiPON在薄膜电池及固态电池界面改性中的应用具有显著优势。

无定型锂镧锆氧固态电解质薄膜的制备及其性能

为探究溶胶-凝胶前驱体对锂镧锆氧(LLZO)无定型固态电解质薄膜性能的影响,分别以硝酸盐、金属醇盐为原料,通过多次旋涂和低温退火工艺制备锂离子传导无定型薄膜电解质;采用XRD、TEM、SEM、AFM等物理表征及电化学方法探究电解质薄膜的结构、形貌及电化学性能。结果表明:2种前驱体制备的固态电解质薄膜主要为无定型结构;采用金属醇盐制备的锂镧锆氧薄膜表面更为致密平滑,室温下其锂离子电导率为3.94×10^(-7)S/cm,而采用硝酸盐前驱体制备的锂镧锆氧薄膜固态电解质的离子电导率仅为9.75×10^(-8)S/cm,说明以金属醇盐前驱体制备的锂镧锆氧薄膜电解质具有更优的结构和形貌,以及更高的电化学性能。

全固态薄膜锂电池研究进展

同锂离子电池相比,全固态锂电池不仅安全性好,而且在提高比能量、比功率密度以及循环性能方面也有更大的空间,从而得到广泛关注。在现有全固态锂电池中全固态薄膜锂电池(TFB)的制备工艺成熟,电池性能优异,已率先实现了商品化生产。同传统的锂离子电池不同,TFB的主要制备方法是物理成膜形成致密正极、电解质和负极薄膜,各层薄膜采用原位叠加方式形成。本文总结了近十年来TFB的研究工作,力图囊括全固态薄膜电池的完整制备过程以及各制备环节的技术进展和存在的科学技术问题。本文首先分述了固态电解质薄膜、正极薄膜、负极薄膜等三个主要构成部分的研究进展和关键问题,在此基础上,归纳了电极/电解质界面的设计、制备以及TFB制备过程及其关键问题和技术的研究进展,最后还介绍了基底、集流体、封装三个辅助部分的制备过程以及最近报道的新型特殊结构TFB。