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全固态电池中界面的结构演化和物质输运

物理学报 2020年第22期69卷 57-64页

作者：拱越谷林中国科学院物理研究所先进材料与结构分析实验室北京100190 中国科学院大学物理科学学院北京100049 松山湖材料实验室东莞523808

全固态电池中科学问题的本质在于引入的固态电解质的特性及全新的固-固界面的存在.从构-效关系出发,固-固界面和电解质自身的结构演化与物质输运过程决定了全固态电池的性能.随着固态电解质材料研究的不断丰富,目前全固态电池中的问题... 详细信息

全固态电池中科学问题的本质在于引入的固态电解质的特性及全新的固-固界面的存在.从构-效关系出发,固-固界面和电解质自身的结构演化与物质输运过程决定了全固态电池的性能.随着固态电解质材料研究的不断丰富,目前全固态电池中的问题主要集中在固-固界面,界面处的组成和结构限制了全固态电池的性能.根据固-固界面接触的情况不同,本文按照固-固界面物理接触、化学接触和表面改性处理这三个层次总结与讨论全固态电池中固-固界面处的结构及其物质输运.最后从功能材料功能性起源角度讨论局域对称性与宏观复杂体系下材料性能的关联.

关键词：全固态电池界面结构物质输运电子显微学

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全固态电池界面的研究进展

物理化学学报 2021年第11期37卷 35-48页

作者：王晗安汉文单红梅赵雷王家钧哈尔滨工业大学化工与化学学院哈尔滨150000 哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院哈尔滨150000

采用固态电解质代替有机电解液的全固态电池具有高能量密度和高安全性等优点,为下一代能量存储设备提供了一种很有发展前途的解决方案。然而,大多数固态电解质和电极活性物质间都存在严重的界面问题,制约固态电池的实际应用;解决固态电... 详细信息

采用固态电解质代替有机电解液的全固态电池具有高能量密度和高安全性等优点,为下一代能量存储设备提供了一种很有发展前途的解决方案。然而,大多数固态电解质和电极活性物质间都存在严重的界面问题,制约固态电池的实际应用;解决固态电池中的固-固界面问题,提升固态电池电化学性能是目前的研究热点。本文详细总结了固态电池中的界面挑战、改善策略以及针对界面问题的表征方法,并展望了固态电池今后发展中的关键方向和趋势。

关键词：全固态电池固体电解质界面稳定性界面修饰表征方法

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全固态电池用硫系玻璃电解质材料研究进展

硅酸盐学报 2021年第8期49卷 1585-1599页

作者：关尚升焦清薛白陈旦马宝琛樊博林常规宁波大学高等技术研究院浙江宁波315211 深圳大学物理与光电工程学院广东深圳518061

综述了锂/钠离子硫系玻璃或玻璃陶瓷电解质材料的最新研究进展,总结了基于硫系玻璃电解质材料的全固态电池应用中存在的与电极材料界面稳定性、固–固界面接触性以及锂穿刺等关键技术问题,并展望了新型硫系玻璃/玻璃陶瓷电解质材料关键... 详细信息

综述了锂/钠离子硫系玻璃或玻璃陶瓷电解质材料的最新研究进展,总结了基于硫系玻璃电解质材料的全固态电池应用中存在的与电极材料界面稳定性、固–固界面接触性以及锂穿刺等关键技术问题,并展望了新型硫系玻璃/玻璃陶瓷电解质材料关键技术研发策略和全固态电池应用探索的发展方向。

关键词：固体电解质硫系玻璃全固态电池离子电导率

一种用于高性能聚环氧乙烷基全固态电池的新型珊瑚状石榴石

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Science China Materials 2022年第2期65卷 364-372页

作者：程俊侯广梅孙卿陈琼李德平李建伟曾振李锴锴袁群惠王家钧慈立杰 State Key Laboratory of Advanced Welding and Joining School of Materials Science and EngineeringHarbin Institute of Technology(Shenzhen)Shenzhen 518055China Research Center for Carbon Nanomaterials Key Laboratory for Liquid-Solid Structural Evolution&Processing of Materials(Ministry of Education)School of Materials Science and EngineeringShandong UniversityJinan 250061China MIIT Key Laboratory of Critical Materials Technology for New Energy Conversion and Storage School of Chemistry and Chemical EngineeringHarbin Institute of TechnologyHarbin 150001China

锂金属电池被认为是最有前景的下一代储能设备之一,但是锂金属电池的安全性问题以及锂枝晶生长问题严重阻碍了它的实用化进程.固态电解质可以有效解决这一安全性问题,表现出能够抑制锂枝晶生长的巨大潜力,并因此受到大家的关注.其中聚... 详细信息

锂金属电池被认为是最有前景的下一代储能设备之一,但是锂金属电池的安全性问题以及锂枝晶生长问题严重阻碍了它的实用化进程.固态电解质可以有效解决这一安全性问题,表现出能够抑制锂枝晶生长的巨大潜力,并因此受到大家的关注.其中聚环氧乙烷(PEO)基固态电解质由于具有较高的安全性以及出色的柔韧性,被认为是一类非常有应用前景的固态电解质.但是,其固有的半结晶特性以及较差的力学性能导致它们在室温下的离子电导率较低,并且在高温下不能有效地抑制锂枝晶生长.为改善上述问题,本文设计并合成了一种新型的珊瑚状Li_(6.25)Al_(0.25)La_(3)Zr_(2)O_(12)(C-LALZO)活性陶瓷填料来增强PEO聚合物电解质,制备得到的复合固态电解质(PLC)表现出更高的离子电导率和机械强度,保证了锂金属的均匀沉积/剥离.采用PLC的锂对称电池在60℃下循环1500小时不发生短路.组装得到的LiFePO_(4)/PLC/Li全固态电池在60和50℃时均有出色的循环稳定性.这项工作表明,通过调节填料的微观结构(如C-LALZO结构),可以有效地改善复合电解质的电化学性能.

关键词：固态电解质聚合物电解质全固态电池复合电解质离子电导率储能设备聚环氧乙烷电化学性能

稀土溴化物固态电解质材料在全固态电池中的应用研究进展

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应用化学 2022年第4期39卷 585-598页

作者：张琦张乾师晓梦孔娅淇高可心杜亚平西安理工大学理学院应用化学系西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 南开大学材料科学与工程学院&国家新材料研究院天津市稀土材料及应用重点实验室南开大学稀土与无机功能材料研究中心天津300350

全固态锂电池具有优异的安全性能和能量密度,有望成为替代传统有机液态锂离子电池的下一代储能产品。固态电解质是决定全固态电池性能的关键材料,其中卤化物固态电解质,尤其是稀土溴化物固态电解质(RE-BSEs)材料近年来在离子电导率(高达... 详细信息

全固态锂电池具有优异的安全性能和能量密度,有望成为替代传统有机液态锂离子电池的下一代储能产品。固态电解质是决定全固态电池性能的关键材料,其中卤化物固态电解质,尤其是稀土溴化物固态电解质(RE-BSEs)材料近年来在离子电导率(高达mS/cm数量级)和电化学稳定性(1.5~3.4 V vs.Li^(+)/Li)等方面取得了一系列重要的研究进展,具有可期待的应用前景。本文通过对RE-BSEs的发展历程、研究进展、技术瓶颈、发展方向和应用前景等方面进行综述和回顾,给予研究人员在RE-BSEs的合成方法、锂离子传输机理、构效关系和材料设计等方面的参考和启发。稀土是我国乃至世界的重要战略资源,RE-BSEs材料的研究和重要成果明示了稀土元素在固态离子导体和新能源领域的重大价值,因此,做好稀土在该方面的研究工作对能源结构调整、节能减排、碳达峰和碳中和具有重大意义。

关键词：稀土溴化物锂离子电池固态电解质全固态电池

锂金属负极界面修饰及其在硫化物全固态电池中的应用

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化学学报 2022年第9期80卷 1264-1268页

作者：梁世硕康树森杨东胡建华聚合物分子工程国家重点实验室复旦大学高分子科学系上海200438 欣旺达电动汽车电池有限公司深圳518107

随着我国新能源产业的快速发展,全固态电池由于其理论上的高能量密度和高安全性受到广泛关注,而硫化物全固态电池具有离子电导率高的优势成为目前的研发热点,但是金属锂负极的锂枝晶生长和与硫化物电解质之间的不稳定性严重阻碍了硫化... 详细信息

随着我国新能源产业的快速发展,全固态电池由于其理论上的高能量密度和高安全性受到广泛关注,而硫化物全固态电池具有离子电导率高的优势成为目前的研发热点,但是金属锂负极的锂枝晶生长和与硫化物电解质之间的不稳定性严重阻碍了硫化物全固态电池的研发.本工作在高温150℃下制备了均匀的LiF界面层来抑制金属锂负极/硫化物电解质之间的界面反应和锂枝晶.LiF/Li之间具有较高的界面能,所以可以有效抑制锂枝晶的生长.LiNbO_(2)@LiCoO_(2)//Li_(6)PS_(5)Cl//LiF@Li(LNO@LCO//LPSCl//LiF@Li)全电池0.05 C,0.1 C,0.2 C和0.5 C倍率的正极放电克容量分别为138.4 mAh/g,105.0 mAh/g,80.3 mAh/g和60.4 mAh/g,0.05 C循环50周后,正极容量保持率为80.2%.该方法为后续金属锂负极在全固态电池中的应用提供了新的方案.

关键词：界面修饰硫化物电解质 LiF人工固态电解质界面层锂金属负极全固态电池

全固态电池的研发现状与产学研协同创新的前景

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新经济导刊 2024年第2期 32-39页

作者：欧阳明高中国科学院清华大学

一、全球全固态电池的研发背景自20世纪70年代开始,国内外很多科学家在固态电解质研究方面做了大量基础工作。大概在1980年左右,固态电解质氮化锂形成研究热潮,但因氮化锂的稳定性较差,当时没有得到较好的发展。另外一个研究重点就是硫... 详细信息

一、全球全固态电池的研发背景自20世纪70年代开始,国内外很多科学家在固态电解质研究方面做了大量基础工作。大概在1980年左右,固态电解质氮化锂形成研究热潮,但因氮化锂的稳定性较差,当时没有得到较好的发展。另外一个研究重点就是硫化物固态电解质,初期和二期的硫化物性能表现不是很好,真正爆发的是第三期硫化物。此外,还有如卤化物固态电解质、石榴石型氧化物也都在研究中。

关键词：固态电解质全固态电池产学研协同创新氮化锂研发现状研发背景石榴石硫化物

调节LiPSCl电解质氯含量实现高性能全固态电池

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中国有色金属学报 2024年

作者：朱骏昌刘汉周胡雅琪林园园吴壮志卢洋张宗良刘芳洋中南大学冶金与环境学院先进电池材料教育部工程研究中心国家能源金属资源与新材料重点实验室中南大学材料科学与工程学院增值冶金湖南省重点实验室

在全固态电池快速发展的背景下，硫银锗矿型电解质Li6PS5Cl因其高离子导率、加工性能好等特点备受瞩目。电解质氯含量显著影响其离子电导率和稳定性等特性，但调节氯含量对界面影响的研究仍有待完善。本研究采用固相烧结法制备了氯含量... 详细信息

在全固态电池快速发展的背景下，硫银锗矿型电解质Li6PS5Cl因其高离子导率、加工性能好等特点备受瞩目。电解质氯含量显著影响其离子电导率和稳定性等特性，但调节氯含量对界面影响的研究仍有待完善。本研究采用固相烧结法制备了氯含量为Cl1.0～1.5的Li7-xPS6-xClx电解质，评估了氯含量对其理化性质的影响。此外，基于电解质在电池不同部件中的性能表现，结合X光电子能谱与阻抗弛豫时间分布等，系统评估了氯含量对界面与性能的影响。其中Li5.7PS4.7Cl1.3在正极中展现出优秀的倍率性能；而对于中间层，中高氯材料将导致正、负极界面劣化，降低循环性能。通过调控氯含量，可平衡离子电导与界面反应，从而提升综合性能。所组装的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2@Li5.7PS4.7Cl1.3|Li6PS5Cl|LiIn电池，在20 mg cm-2载量、0.5 C倍率循环300圈后仍有132.8 mAh·g-1的比容量。

关键词：硫化物固态电解质 Li PS Cl 全固态电池氯含量调节弛豫时间分布

储能科学与技术金属氯化物固态电解质及其全固态电池研究现状与展望

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储能科学与技术 2023年

作者：李枫程晓斌罗锦达姚宏斌中国科学技术大学化学与材料科学学院中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心

基于无机固态电解质体系的全固态电池，具有高能量密度、长循环寿命和高安全性等特点，被认为是下一代电化学储能电池中备受期待的候选体系。实现高性能全固态电池的关键在于设计和制备具有高离子电导率、界面稳定且易形变的固态电解质... 详细信息

基于无机固态电解质体系的全固态电池，具有高能量密度、长循环寿命和高安全性等特点，被认为是下一代电化学储能电池中备受期待的候选体系。实现高性能全固态电池的关键在于设计和制备具有高离子电导率、界面稳定且易形变的固态电解质材料。金属氯化物型固态电解质作为一种新兴的材料体系，同时具备氧化物固态电解质的抗氧化性以及硫化物固态电解质的高离子传导率和机械延展性，且制备过程简单，无需严苛的环境和极高的烧结温度，可规模化生产潜力大，正逐渐成为实现全固态电池商业化的技术路线竞争者之一。本文通过对近五年来相关电解质材料研究进展的深入分析，对金属氯化物固态电解质体系的研究现状进行了系统评述，涵盖了其合成方法学、晶体结构学、离子传导机制、性能优化策略、电极-电解质界面兼容性以及实用化可行性分析等多个方面。同时，展望了金属氯化物固态电解质未来可能的发展方向，为基于金属氯化物的高性能全固态电池的研究提供了理论和实验基础。

关键词：金属氯化物固态电解质离子传导机制全固态电池