您现在所在的位置: 主页 > 资讯中心 >

锂金属电池复合固态电解质研究进展

作者:现金捕鱼    更新时间:2019-11-27 10:08

  近年来,固态电解质因具有安全性高和防止枝晶生长等功能受到了研究者的广泛关注和研究。以下讲述复合固态电解质研究进展供读者参考与借鉴,同时,欢迎大家提出不同简介。

  锂电池具有高的能量密度以及便携性,已是运用最广泛的商业储能体系。虽然传统的液态锂离子电池具备良好的离子导电率和浸润性,但同时也存在着热稳定性差、易燃、易漏液等安全问题。当前石墨为负极的锂离子电池体系经过多年量产优化,能量密度已经很难超过300Wh/kg,难以满足市场对高续航里程的要求。高理论能量密度的锂金属负极电池,如Li-S及Li-O2体系等,重回视线。 然而,传统的有机系液态电解液容易在锂金属表面的分解,导致电池寿命的缩短;同时液态电解液无法有效抑制锂枝晶的生长,进而带来电池的短路,热失控甚至引起引起火灾及爆炸。

  采用固态电解质代替液态电解质是解决上述问题的有效方法。目前主流的固态电解质主要包括聚合物固态电解质和无机陶瓷固态电解质两大类。聚合物固态电解质,如PEO、PAN、PVDF、PMMA等,通常具有良好的柔性、稳定的界面,易操作性,但其低温下的锂离子导电率较低。无机陶瓷固态电解质,如钙钛矿型、石榴石型、NASICON、硫化物等,通常具有较高的离子导电率和良好的阻燃性能,但易与电极发生反应,界面稳定性差。由上可知,单一组分的固态电解质难以满足锂电池的实际应用需求。因此,设计和制备复合型的固态电解质,将聚合物电解质、无机电解质甚至液态电解液的有机结合,实现各个组分的功能杂化,成为提高固态电解质性能的有效途径。

  近日,浙江大学吴浩斌研究员(通讯作者)和上海师范大学刘肖燕博士合作在Chemistry-A European Journal上发表了题为“Recent Progress of Hybrid Solid-StateElectrolytes for Lithium Batteries”的综述文章。本文总结了复合固态电解质的组分和结构,分别对层状聚合物-无机复合固态电解质、混合型聚合物-无机复合固态电解质、无机-液态复合固态电解质和框架材料-液态复合固态电解质的设计原则、离子导电机理、电化学性能及构效关系进行了总结和讨论(图1)。文末对几类复合固态电解质面临的问题和未来应用前景进行了分析和展望。

  图1. 复合固态电解质。a) 复合固态电解质设计原则;b) 几类复合固态电解质。

  图2. 层状聚合物-无机复合固态电解质 a-c) 锂硫电池层状GPE/LAGP/GPE复合固态电解质的结构示意图、充点-静置-放电曲线和循环寿命图;d) 层状聚合物-无机复合固态电解质三明治结构示意图及聚(乙二醇)甲醚丙烯酸酯分子结构;e) 固态锂金属电池聚合物电解质(e1和e2)、无机陶瓷电解质(e3)和聚合物-无机复合固态电解质(e4)。

  由于无机陶瓷固态电解质与电极的界面接触性能较差,且容易发生副反应,导致界面阻抗大,稳定性差。虽然通过添加少量的液态电极液或者界面修饰可以降低阻抗,但是界面副反应仍难以消除。采用柔性的聚合物固态电解质与之叠加,制备“三明治”型层状复合固态电解质可以有效增强电极与电解质间的界面接触,同时消除副反应,稳定界面。

  图3. 混合型聚合物-无机复合固态电解质 a) 柔性固态LFP/PEO:LLZTO/Li电池示意图;b) PEO, PEO:LLZTO, and LLZTO固态电解质的阿仑尼乌斯曲线;c) 锂金属在具有锚定阴离子的固态电解质PPL和阴离子可移动的传统液态电解液中的沉积过程示意图;d) 锂离子在不同组分的LLZO-PEO(LiTFSI)复合固态电解质中的迁移路径示意图;e-f) PVDF/LLZTO-CPEs复合固态电解质的结构、离子导电率和组装电池的循环性能图。

  将高离子导电性的无机固态电解质颗粒添加到聚合物中,制备成混合型的复合固态电解质,既可以降低聚合物的结晶程度又可以实现锂离子在无机离子中的迁移传导,从而大大提高复合固态电解质的离子导电率。

  图4. 具有特定结构的混合型聚合物-无机复合固态电解质 a-b) 有序排列的聚合物-无机复合固态电解质示意图及其阿仑尼乌斯曲线;c)PEO-网状石榴石纳米纤维复合固态电解质示意图;d-f) 聚合物-纳米颗粒复合固态电解质和聚合物-3D框架复合固态电解质结构及导电机理示意图。

  具有特定纳米结构的(一维或三维等)无机固态电解质与聚合物复合,可以提供连续的锂离子传输通道,减少颗粒间的连接,为进一步提高该类复合固态电解质的离子导电率提供了可能。

  图5. 无机-液态复合固态电解质 a) SiO2-RTIL-LiTFSI/PC复合固态电解质;b)PIL/TEOS/Li-IL复合固态电解质的化学机构、三相图及外观图;c) 空心SiO2纳米球-液态复合固态电解质示意图;d-e)BAIE-1.0 中无机基体与液态组分间的相互作用和锂离子迁移路径示意图;f) 电解质BAIEs 和 ILE的阿仑尼乌斯曲线。

  无机纳米颗粒的添加可以实现液态电解液向固态或准固态的转化,使其在保证较高离子导电率的同时具备固态电解质优异的属性。特别是具有丰富孔道结构的无机纳米基体,可以通过物理吸附和化学键合实现液态电解液的固态化,形成良好的锂离子传输通道。

  图7. COF-液态复合固态电解质 a) 多孔CB[6]基复合固态电解质及其锂离子传输路径示意图;b) ICOF-1和ICOF-2结构示意图;c-d) CD-COF-Li电解质中锂离子传输示意图和相应的锂对称电池性能图;e-f) 阳离子型Li-CON-TFSI COF框架中锂离子传导及离子解离示意图;g) 未修饰和长链烷氧基修饰的Li+@TPB-DMTP-COF结构示意图。

  MOF、COF等框架材料具有丰富的孔道和可调节的化学结构,是制备复合型固态电解质的良好基体。通过官能团的调节,使电中性的框架材料显示出正电性或者负电性,直接或间接的对锂离子进行锚定,从而实现锂离子传输通道的构筑。

  近年来,固态电解质因具有安全性高和防止枝晶生长等功能受到了研究者的广泛关注和研究。复合型固态电解质可以综合多种固态电解质的优点,成为提高固态电池的性能的新途径。通过精确控制复合固态电解质的组分和结构,可实现对其机械性能、离子导电率、界面稳定性等物理化学性能进行有效的调控。

  尽管固态电解质领域的发展十分迅速,但是其基本原理的探究和实际应用仍面临诸多挑战。因此,深入研究复合固态电解质中锂离子的传导机理、各组分间的协同作用及界面性质将对进一步提高复合固态电解质的性能提供指导性作用。

  文章出处:【微信号:Recycle-Li-Battery,微信公众号:锂电联盟会长】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

  今天跟大家一起了解一下关于锂电池亚马逊认证——UN38.3认证。 近日,各亚马逊电商陆续收到了通知,要求自2020年1月1日起,...

  工业机器人方面,市场普遍关注公司的产品性能及应用领域。指引要求相关公司披露能反映产品核心竞争力的关键....

  新能源产业高速发展大势下,锂电池的重要性日益凸显,倒逼行业内铅酸电池企业加速布局锂电池产品。作为国内....

  本文档的主要内容详细介绍的是YCM-9228锂电池点焊机的参数和使用说明书免费下载

  首先,笔者通过查资料得知,一般标称为3.7V的锂电池的电压范围是在2.8V~4.2V,如果说想要得到....

  首架参赛电动飞机White Lightning亮相,尺寸很小可离地10米

  为了推进电动飞机发展,空中客车、诺丁汉大学多家企业单位联手推出了Air Race E电动飞机比赛。在....

  一段时间以来,电动汽车在国内的汽车市场掀起了一股浪潮,大部分车企对于电动车的转型、研发以及生产投放都....

  固态锂电池即电解质采用固体材料的二次电池,核心材料主要有正极、负极、固体电解质、集流体、极柱等材料。....

  BTS-2002电池综合测试仪所具有的基本功能包括: 1.电池静态参数快速检测。 ....

  FLD5302/3为开关型两节或三节锂离子/锂聚合物电池充电管理芯片,非常适合于便携式设备的充电管理....

  HM1L-J2H6L型锂电池属于军用电池范畴,HM1L-J2H6L型单节内嵌式18650锂电池具有能....

  为了追求更长的续航,动力电池供应商和车企纷纷在电池的容量密度上下手,原本以安全性高著称的磷酸铁锂电池....

  2019年诺贝尔化学奖授予给了约翰·古迪纳夫(John Goodenough)、斯坦利·惠廷汉姆(S....

  锂离子电池的充电过程可以分为四个阶段:涓流充电(低压预充)、恒流充电、恒压充电以及充电终止。

  电动车的出现对于我们的生活非常作用,平时我们买菜或者接送小孩比骑自行车快,节省时间,而且非常环保,它....

  锂电池使用日益广泛,使得锂电池充电方法备受关注。对于不同的锂电池,通常具备不同的锂电池充电方法,这也....

  IVV59N 无线智能水流控制阀内部使用 NB 无线模块,可以远程控制球阀开合度、设备的上传频率,以....

  PL7502和PL7504低功耗同步升压和锂电池充电集成SOC芯片的数据手册

  PL7502/PL7504是一款集成锂电池充电管理、同步升压转换器、电池电量管理和保护功能的带指示灯....

  铅酸电池安装维修简单快捷,尺寸固定,安装方便。锂电池需要有充放电均衡保护电路,元件多,容易出现故障。....

  锂电池储能其效率与能量优势已得到了广泛的认可 但应用方面的研究仍然不够

  无论哪种形式的储能在电网(发、输、配、用)应用中所发挥的作用基本一致,既是作为提高电网可靠性和韧性的....

  Galaxy S11e将配置大电池,容量在3800mAh至3900mAh之间

  尽管Galaxy S10(3400mAh)的电池容量要比Galaxy S10e(3100mAh)更大....

  以锂离子电池驱动的电动汽车难以普及的最大障碍是行驶里程有限,太平洋汽车网小编了解到,目前电动汽车电池....

  1、内置锂电池,可连续播放4小时以上; 2、连接方便,音箱与电脑仅一条电源线、外型纤小,适合随身携带,随时享受音乐...

  负极材料的能量密度是影响锂离子电池能量密度的主要因素之一,钛酸锂作为新型锂离子电池的负极材料由于其多....

  通信储能锂电池市场竞争激烈,锂电池厂家如何突围?锂电池储能领域的活跃程度超过往年,一方面源于国内外风....

  用CC2541做一款蓝牙产品,选用了BQ24040作为锂电池充电管理芯片,后级选用了TPS62740作为电源转换,感觉成本有点高,有没...

  活跃于全球各地的高科技设备制造商 Manz 集团正与全球领先的知名电池制造商之一进一步地扩大合作关系....

  采用的三元锂电池能量100kWh,工况续航里程660km,快充效率40分钟充电80%。这是有关特斯拉....

  说到要买新能源汽车,可能大部分的消费者第一时间想起的是“政策优惠”,虽然这有点尴尬但确实是相当实在的....

  电池作为电动汽车的核心,关心车辆的用车和养车等,而车辆的运行都是靠电池所产生电能来保证的,对于电池而....

  提出了一种基于LabVIEW的锂电池监控系统,整个系统由上位机和下位机组成。下位机通过MSP430F....

  高校与企业合作开发新型电池已经成为科技发展的趋势。近日在冰岛,一种利用太阳能为阳光海岸大学(USC....

  采用CMOS微功耗电压检测器HT7030制作的18650锂电池过放电指示电路,其可以在18650锂电....

  10月29日,先导智能公告显示,为进一步拓展海外市场,满足公司战略发展需要,公司拟以自有资金在瑞典....

  锂离子电池技术获得诺贝尔化学奖可说是实至名归,锂电池是3C设备、电动汽车与储能系统的重心,未来需求....

  LEM作为电量测量解决方案的专家,在原有高精度传感器的基础上,为电池化成量身定制的高精度IT/IN系....

  电池作为新能源汽车的核心,关乎车辆的用车和续航,根据现有汽车电池的种类来说分为铅酸电池以及锂电池等各....

  KomVar专案启动,将在MANZ集团德国产区开展高科技锂电池电池芯项目

  在为期两年的项目开发期间,CUSTOMCELLS® 新的生产据点将建立一条具备高度灵活性的电池芯试生....

  不久前,2019年诺贝尔化学奖颁发给3位科学家,表彰他们在锂离子电池(以下简称“锂电池”)方面的研究....

  固态电池作为一种新型电池,从电池的角度上面来说,对于新能源汽车发展起到关键的作用,作为车辆的核心部件....

  高效率输出:标准放电为2~5C、连续高电流放电可达10C,瞬间脉冲放电(10S)可达20C;...

  D1二极管存在压降,且随电源负载变大而变大,有无其他替代二极管的电路起到防锂电池反冲的作用?

  固态电池作为一种新型电池,从电池的角度上面来说,对于新能源汽车发展起到关键的作用,作为车辆的核心部件....

  这个是用来做锂电池双向充放电控制的元件,锂电池充电管理芯片充电时,可以给电池充电,不充电时,产品待机状态下,锂电池不供电...

  要测试设备,您需要造成假的停电,如所附视频中所示,将微型USB电源与TP4056锂电池充电器模块断开....

  动力电池是新能源汽车发展的最关键因素,从客户角度而言,要使电动汽车能与燃油汽车相竞争,关键就是要开发....

  张飞┃30天精通反激开关电源设计线上训练营,包教包会!!! 详情链接: 锂电池充电电路无论是否加电池两个检测端都是低...

  近年间逐渐成为全球潮流的新能源汽车,也是依靠着一块动力电池的能量,悄然改变着我们的出行方式。作为新能....

  为什么诺贝尔发给锂电池?诺贝尔奖创纪录了,97岁高龄创诺贝尔奖记录,这回锂电池之父赢了。 三位得主均....

  当锂电池组串联充电时,每个电池应该均等充电,否则会影响整个电池的性能和寿命。常用的均衡充电技术有恒定....

  现在新能源汽车、锂电池动力汽车,混合动力汽车原来越得到消费者的认可,经济节能,动力强劲都是其挂在嘴边....

  射频识别技术(Radio Frequency Identification, RFID)作为快速、实时、准确采集与处理信息的高新技术和信息标准化的基础,...

  接下来,我们就来看下升压部分的电路,锂电池升压部分笔者采用了一颗型号为KF2185的同步升压芯片,这款芯片的同步升压效率...

  便携式电子产品以电池作为电源。随着便携式产品的迅猛发展,各种电池的用量大增,并且开发出许多新型电池。....

  一般标称为3.7V的锂电池的电压范围是在2.8V~4.2V,如果说想要得到稳定的5V、3.8V和3.....

  我们经常说的锂离子电池的优越性是针对于传统的镉镍电池(Ni/cd)和镍氢电池(Ni/cd)来讲的。那么,锂离子电池究竟好在哪里呢?...

现金捕鱼
上一篇:笔杆丝印机化妆笔眉笔滚印机电子烟管陶瓷管全     下一篇:荆门市仿瓷餐具专项检查开始 将按国家标准对其