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固态电池,近期七大科研突破!

2023-12-31推荐

1:厦门大学&南京林业大学EES:高性能微型硅-银–固态碳复合阳极电池

厦门大学张桥保联合南京林业大学的陈继章、韩响团队 ,设计了一种高度致密的银纳米粒子装饰与多孔微米级硅,这是由薄层碳(PS-Ag-C)作为高性能阳极工作,提高SSB性能。

具体地,在界面处的机械应力,源自于Si的大体积变化,可以通过高度多孔的结构来减轻。同时,Ag纳米颗粒、薄碳层和Ag-Li合金的引入可以实现Si内部连续的电荷转移,从而提高了材料的高倍率性能和稳定的循环性能。此外,与具有低迁移率的聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(PVDF-HFP)/Li1.3Al0.3Ti1.7(PO 4)3(LATP)SSE结合,形成流动域富LiF固体电解质界面(SEI),确保期望的界面和机械稳定性。

因此,所制备的PS-Ag-C阳极在0.2A g·cm-1下实现了3030.3mA h·g·cm-1的高可逆容量,初始库仑效率为90%,在1A g·cm-1下分别在500次循环中实现了1600 mA h·g·cm-1。

特别是, 最高的面积容量达到4.0 mA h cm-2超过100次循环,在0.5 A g-1的硅基SSB与有机-无机复合SSE 。此外,用如此获得的PS-Ag-C阳极和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM 811)阴极组装的固态全电池显示出高容量和期望的循环稳定性,本工作为开发高性能SSB的高容量和耐用的Si阳极提供了新的见解。

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2:EES:拓宽用于固态锂金属电池的固态离子导体选择

来自 美国加州大学尔湾分校忻获麟教授 团队提出了一种新的固态电解质设计范式,即在两个固态电子隔离层之间夹入陶瓷锂离子导体,以允许更广泛范围的陶瓷锂离子导体应用于固态锂金属电池,并解决陶瓷锂离子导体的电子绝缘性和(电)化学稳定性要求的问题。

作者通过设计一种 固态电子隔离层 ,将聚合物UVEA薄膜与无机LICs(LATP,LVO和LTO)结合,以提高电池的寿命并降低安全风险。UVEA薄膜具有高室温离子导电性、低电子导电性、宽电化学稳定窗口和相对较高的Li+传输数。它还具有良好的抗拉强度和弹性模量。将UVEA薄膜与LATP、LVO和LTO等无机LICs结合,可以改善基于LATP、LVO和LTO的三明治SSEs的整体离子导电性,从而实现更好的接触和提供额外的离子传输途径。

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3:复旦大学Nat. Mater.:聚合物序列结构调控以实现固态锂电池

复旦大学高分子科学系、聚合物分子工程国家重点实验室的陈茂课题组 设计合成了 全新结构的单锂离子导电含氟聚合物电解质 ,发现在交替的聚合物序列中精确定位设计的重复单元为均匀的Li+分布、非聚集的Li+-阴离子溶剂化和序列辅助的位点到位点离子迁移奠定了基础,有助于将Li+电导率调节多达三个数量级。

组装后的全固态电池有助于从环境温度到高温对锂金属进行可逆和树枝晶减轻的循环。研究成果 证实可以用于下一代能源设备的高离子导电固态电解质的可行性。

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4:深圳大学Adv. Mater.:原位固化的固态聚合物电解质助力高性能固态锂金属电池

深圳大学朱才镇特聘研究员和田雷特聘副研究员 提出了原位开环杂交交联聚合物电解质(HCPE),具有卓越的离子导电性(30°C为2.22×10−3 S cm−1)、超高的Li+迁移数(0.88)和宽的电化学稳定窗口(5.2 V)。这些特性使得电池可以在1 mA cm−2条件下经过1000小时的高稳定性锂剥离/沉积循环,并揭示出良好定义的界面稳定机制。

因此,HCPE赋予组装的 固态锂金属电池优异的长周期性能 (在25°C,2 C下循环600次)和92.1%的优越容量保持率。更重要的是,研究者提出的不可燃HCPE为促进高安全性和高能量密度固态电池的实际应用打开了新的前沿

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5:固态电池最新Nature!!! 一作已入职宁德时代

英国牛津大学Peter G. Bruce、T. James Marrow、 Charles W. Monroe教授课题组 基于对全固态电池枝晶过程的多尺度多手段表征与原位追踪,提出了新的全固态电池枝晶理论,将全固态电池的枝晶短路过程分为引发和扩张两个不同的阶段,并分别建立了理论模型。

其中枝晶的引发产生于锂在与Li/SE界面连通的近界面孔洞(缺陷)的沉积,在孔洞填满后将锂挤出的过程中,过大电流密度使得锂作为粘塑流体的流动过程产生极大的内部应力,从而引发电解质碎裂。而锂枝晶的扩张过程是一个锂枝晶在沉积的动态过程中从枝晶裂纹的尾部将固态电解质楔开(wedge open)的过程。枝晶的引发取决于固态电解质晶界的局部断裂强度、孔洞的尺寸、分布密度、及电流密度;而枝晶的扩张过程取决于固态电解质的宏观断裂韧性,枝晶在裂纹中的分布情况,电流密度,以及充电过程的面容量。

根据锂金属在枝晶引发阶段与扩张阶段力学环境的差异,引发与扩张阶段对固态电池外部压力的敏感性截然不同。只有较大的压力才会大幅影响枝晶的引发过程,但枝晶的扩张过程却对外部压力非常敏感。降低外部压力可以显著抑制枝晶的扩张阶段,即使在枝晶引发的状态下也可以大幅延后固态电池的短路。

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6:粘弹性无机玻璃(VIGLAS)固体电解质

中科院物理研究所 在固态电池领域取得了重大突破,他们在能源领域顶级期刊【nature energy】中发表了一项关于新型粘弹性无机玻璃(VIGLAS)固体电解质的研究成果。

该团队通过将 四氯铝酸盐(LiAlCl4和NaAlCl4) 中的部分氯原子替换为氧原子,成功将室温下易碎的熔盐转化为具备类似于有机聚合物变形能力的粘弹性玻璃(LiAlCl2.5O0.75, LACO 和 NaAlCl2.5O0.75, NACO),这种材料在室温下可以实现多次弯曲和折叠。这类固态电解质材料不仅具备有机聚合物优秀的变形能力,还继承了传统无机电解质的特点,如耐受高电压(4.3V)和高离子电导率(>1 mS/cm)。这一优势成功解决了固态电池正极界面在力学和化学上的稳定性难题,首次实现了真正室温下无需外界压力(< 0.1 MPa)即可正常运行的无机全固态锂/钠电池 。

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7:基于大气等离子喷涂的锂离子固态电解质薄膜制备方法

清华大学材料学院伍晖教授课题组 报道了基于大气等离子喷涂(APS)的锂离子固态电解质Li7La3Zr2O12(LLZO)薄膜制备方法。采用直接APS技术对Li7La3Zr2O12(LLZO)薄膜厚度从30~300µm的Li7La3Zr2O12进行后退火处理。电解液在室温(25°C)下达到3.82×10−5Scm−1的高锂离子电导率。

此外,厚度为300µm的LLZO薄膜的弯曲强度为157 MPa。Li/LLZO/Li和Li/LLZO/LiFePO4电池与薄膜一起组装,均表现出稳定的循环性能。研究团队提出的APS制备方法成本低且效率高,对于固态电解质薄膜的生产具有可扩展性。 最重要的是,这种工艺与当前的电池行业高度兼容。

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文章来源:DT新型储能与电池

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