掺杂型Na_3SbS_4钠离子固体电解质的制备与离子输运性能研究

全固态钠离子电池以其丰富的资源及较低的成本有望应用于大规模储能领域,如何提升钠离子电解质的离子电导率是发展全固态电池需要解决的关键性问题之一。离子电导率受空位主导的硫化物Na_3SbS_4固体电解质材料具有较高的离子电导率和良好的界面稳定性,是构建高能量密度钠离子全固态电池理想的固体电解质材料。本研究通过阴/阳离子掺杂对Na_3SbS_4晶体结构进行优化,改变钠离子传输通道,构建钠离子空位,以期进一步提高其电导率。实验结果表明,所选用的掺杂离子可以有效地进入到Na_3SbS_4晶格中,电解质电导率得到提升;循环伏安测试结果表明,掺杂样品具有良好的电化学稳定性和较宽的稳定电压窗。     

双金属电级快离子导体薄膜电池

快离子导体作为一种新型的固体材料,有着广泛的应用前景.将快离子导体作为固体电解质用于全固态电池,一直是人们关注的研究领域.这种全固态电池具有很多优点,例如体积小、重量轻、比能量大、无污染、耐震动、抗化学腐蚀等.而薄膜电池更微型化,可望在微电子器件、航天科学器件及有源集成电路等方面得到应用.     

全固态Mg/I_2电池

1 引言近年来,固态电池的研究非常活跃.众所周知,用于固态电池的固体电解质材料,应具有高的分解电压和高离子导电性,它的性能优劣常常对电池性能起着决定性的作用.因此,探索具有高分解压和高离子电导率的固体电解质材料成为人们非常关注的问题.镁金属价格低廉,具有相当负的电极电位和轻的比重,用它作为电池附极材料可能和许多金属卤化物,氧化物、硫化物及其它化合物构成高氏能量的电池.这就需要发展与之相匹配的固体电解材料,即需要有高离Mg~(2+)子电导率和高分解电压,以及和池阴、阳极材料具有良好的化学稳定性的Mg~(2+)离子导体.但是,近年来关于Mg~(2+)离子传导的固体电解质几乎不见报道.     

钠离子电池电解质的研究进展

相比锂离子电池来说,钠离子电池因高能量密度和低成本引起广泛关注。作为电池重要组成部分的电解质,对电池性能的发挥至关重要。简要介绍了液、固态电解质体系在钠离子电池中的研究进展,讨论这些电解质体系的电导率、电性能、电化学性能、热稳定性等特点。现今钠离子电池大多使用的是液体电解液,而液体电解液在具有高离子电导率的同时,安全性仍有待改善。而固态电解质还有许多基础科学需要探索,并且需要考虑电导率、成本等因素。基于以上评述,希望对钠离子电池电解质的研究发展提供帮助。     

无机固态电解质及其电极-电解质界面优化对全固态锂离子电池性能提高的研究进展

固态电池研究的重点在于开发高离子电导率的固态电解质,并优化固态电解质和电极的界面问题.首先以近年来受到广泛研究的无机固态电解质为中心,主要介绍通过固相烧结、液相烧结、溶胶凝胶法等方法制备的包括LiPON型、钙钛矿型、石榴石型和NASICON型在内的4种无机固态电解质及其在全固态锂离子电池中的应用;其次,通过对固态电解质...     

全固态薄膜锂电池倍率性能

全固态薄膜锂电池具有固态电解质层薄、固固界面致密等特点,可作为微小型设备的储能元件。与传统锂离子电池相比,全固态薄膜锂电池内部不含液态电解液,反应与传质过程皆在固相中进行,导致全固态薄膜锂电池的倍率性能一般较差。为解决该问题,该文基于磁控溅射和真空蒸镀技术制备了正极为钴酸锂、固态电解质为锂磷氧氮(LiPON)、负极为金属锂(Li)的全固态薄膜锂电池。采用时频域配合和实验与仿真相结合的方法,系统解析了影响全电池倍率性能的关键因素。运用基于全电池倍率实验电压曲线的曲线平移分析方法及基于一维阻抗模型和阻抗谱的动力学参数辨识方法,分析了电池内部不同部件、不同物理过程对电池倍率性能的影响,结合一维时域模型仿真结果得出如下结论：电池中影响大倍率下放电总容量的主要限制因素为正极材料中的锂离子扩散过程,放电末期正极扩散系数低是大倍率下放电容量衰减的主因;影响瞬态放电功率的主要限制因素为固态电解质中锂离子的电迁移过程,高固态电解质固相过电势是放电功率损失的主因。基于上述结论,该文提出了适当降低固态电解质薄膜厚度和缩短正极离子扩散路径等改进电池倍率性能的初步设计思路,研究了一种全固态薄膜锂电池倍率性能的分...     

聚合物基复合固态电解质填料研究进展

聚合物基固态电解质具有优异的稳定性、加工性和低成本,是实现全固态锂电池的理想电解质,然而低离子电导率严重阻碍了其应用。加入无机填料,构筑聚合物基复合固态电解质是提升离子电导率的有效策略。首先,讨论了聚合物电解质的离子传导机理及复合固态电解质组分间的协同作用。其次,从机械强度、电化学稳定窗口、离子电导率、锂离子迁移数四个方面阐述了填料的作用,并以惰性填料、活性填料、功能性填料为分类对近些年填料的研究进展进行了系统介绍,阐释了其物理化学性质对电解质性能的调控机制。最后,在总结现有研究结果的基础上,针对关键问题对未来的研究方向进行了展望。     

中低温固体氧化物燃料电池电解质材料研究进展

 固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种全固态的电化学能量转换装置,它的能量转换效率高达70%,且其尾气中的有毒成分含量极低,是未来化石燃料发电技术的理想选择之一。SOFC 具有较宽的工作温度范围,通常在450~1000℃。高温下（800~1000℃）尽管SOFC 在燃料选择方面具有更高的灵活性,但是材料性能衰减的加快、运营成本的提高,以及系统的开关速度变慢等一系列缺点也愈加明显。因而,SOFC 主要朝着低温化的趋势发展。降低SOFC 工作温度最有效的方法是提高固体电解质的电导率,以尽量减少电池的欧姆阻抗。本文综述了萤石型、钙钛矿型和复合型3 类固体电解质材料国内外的研究进展,同时展望了未来中低温SOFC 电解质材料的研究方向。钙钛矿型电解质材料在中低温下具有较高的纯离子电导率,且具备丰富的改性空间,有望成为将来中低温SOFC 电解质材料的首选。     

全固态薄膜锂离子二次电池的研究进展

本文综述了全固态薄膜锂离子二次电池的研究进展,主要阐述了薄膜锂电池的结构设计以及正极、负极和固体电解质材料研究现状,并对其今后的发展趋势及研发热点进行了展望。     

蒙脱石固体电解质的二次固态电池

研究了以蒙脱石为固体电解质的一些二次固态电池的性能。蒙脱石经化学改型后为良好的高价离子导电固体电解质,室温离子电导率可达10~(-4)Scm~(-1);一些层状结构的阴极材料在高价离子的二次固态电池中具有优良的阴极性能,其中尤以Zn/V_6O_(13)和Mg/M_0S_2电池为佳。它们在24μA和45.5μA的平均放电电流下,阴极放电容量分别可达507Wh/kg和886Wh/kg。电池良好的充、放电性能表明,高价离子如Mg~(2 )、Zn~(2 )对层状结构的阴极材料同样具有良好的可逆插入特性。     

PMMA添加量对PVDF-HFP聚合物电解质结构及性能的影响

采用溶剂挥发法,以丙酮和DMF做混合溶剂制备PVDF-HFP/PMMA聚合物电解质,通过X射线衍射、热失重分析、交流阻抗、恒流充放电循环及倍率充放电等测试手段,考察了PMMA的添加量对聚合物电解质性能的影响.研究发现当PMMA的添加量为50%时,聚合物电解质表现出最佳性能,室温离子电导率从0.26 m S/cm提升到1.35 m S/cm,以Li Co O2作正极材料,锂片作负极材料组装的聚合物锂离子电池初始容量从80.1 m Ah/g提升到143.6 m Ah/g,在0.2 C倍率条件下,50个循环后容量保持率还能达到80%,表现出优异的锂离子电池性能.     

晶态锂离子固体电解质的最新研究进展

锂离子电解质是高功率密度和能量密度、长循环寿命和安全性能良好的锂离子电池的关键材料之一,对锂电池的发展起着非常重要的作用。简单介绍了几种主要类型锂离子晶态固体电解质材料的研究情况,并详细概括了最近晶态锂离子固体电解质的研究热点材料——类石榴石结构的Li5La3M2O12（M=Ta,Nb）锂离子导体,最后对以Li5La3M2O12（M=Ta,Nb）锂离子导体为代表的晶态锂离子固体电解质的研究做出了展望。     

LiSiPON固态薄膜电解质的结构和性能分析

以Li3PO4和Si3N4为靶材,利用离子束辅助沉积N离子流轰击法制备非晶结构的固态电解质LiSiPON薄膜.实验中,通过控制N2气和Ar气的流量比,调节薄膜的含氮量.利用X线衍射、X线能量色散谱仪和X线光电子能谱仪研究薄膜的结构和组织成分的变化,并通过电化学阻抗测试仪获得薄膜的离子电导率,研究不同氮氩比对LiSiPON薄膜结构、组成和电学性质的影响.结果表明:N2和Ar流量比为1∶1时,薄膜含氮量最高,离子电导率达到最大值,在室温时电解质薄膜的离子电导可达6.8×10-6S/cm,是一种有潜力应用于全固态薄膜锂离子电池的电解质材料.     

细菌纤维素凝胶聚合物电解质的制备与性能

利用溶剂转换法制备新型锂离子电池凝胶聚合物电解质(GPE).通过扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、热重(TG)分析、广角X射线衍射(WXRD)、力学拉伸及交流阻抗等测试,分析了细菌纤维素凝胶聚合物电解质的微观形态、结构以及电化学性能.研究结果表明:室温下细菌纤维素凝胶聚合物电解质的离子电导率高达1.6×10-2S/cm,拉伸强度达到39.8MPa,其在锂离子电池开发中具有良好的应用前景.     

聚合物电解质在电池中的应用及其研究进展

聚合物电解质是由聚合物及其衍生物组成的电解质体系。与传统电池电解质相比,其具有安全性高、热稳定性好、电化学窗口宽等优点,被广泛应用于锂离子电池、金属空气电池、燃料电池、太阳能电池等。近年来,研究人员主要通过研究聚合物电解质的结构组成以提高其离子电导率,例如,在体系中使用阴离子体积较大的金属盐,通过多种方法(共混、共聚、交联、添加填料)将缺电子基团引入聚合物。此外,未来的研究方向还包括利用导电聚合物、改变聚合物电解质的孔隙结构、制备有机-无机复合材料等。本文介绍了聚合物电解质在电池特别是锂离子电池中的应用,综述了聚合物电解质的作用机理、分类、改性方法等方面的最新研究进展。     

ZnCo-MOF纳米添加剂对PEO基钠离子固体电解质离子导电性的影响

以复合金属有机框架纳米材料(ZnCo-MOF)为添加剂改善聚氧化乙烯-双(三氟甲基磺酰基)亚胺钠钠离子固体电解质(PEO-NaTFSI)的电化学性能。采用Zeta电位法研究ZnCo-MOF的表面电性,并将PEONaTFSI-ZnCo-MOF应用于全固态钠硫电池中。研究结果表明：当ZnCo-MOF加入量为8%(质量分数)时,改性后的固体电解质PEO-NaTFSI-ZnCo-MOF在60℃的离子电导率达到3.29×10-4 S/cm。同时,钠离子迁移数也有显著提高,从原来的0.18增加至0.53。ZnCo-MOF表面带正电,呈路易斯酸性。ZnCo-MOF与PEO-NaTFSI相互作用促进了钠盐的解离,提高了固体电解质的离子传导能力。全固态钠硫电池的初始放电容量达到1 030.5 mA·h/g,循环80圈后放电容量仍有352.4 mA·h/g,说明该固体电解质在低成本全固态钠硫电池上具有应用前景。     

锂离子动力电池内阻模型与实验研究

首先,根据多孔电极理论,建立了锂离子动力电池的仿真模型.对仿真模型的分析可知,影响电池内阻的内部因素为锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数及由极片的电子电导率、电解液的离子电导率和活性材料的电子电导率组成的电池总电导率.分别设计制作磷酸铁锂和石墨半电池,使用恒电流间歇滴定法(GITT)对半电池进行固相扩散系数的测量.使用交流阻抗法(EIS)对半电池进行总电导率的测量.对比半电池实验数据和磷酸铁锂锂离子动力电池实验数据可知,电池的极化内阻由锂离子在电极活性材料中的固相扩散系数决定;电池的欧姆内阻由电池的总电导率决定.     

细菌纤维素/TiO2锂离子电池复合隔膜的研究

利用细菌纤维素（BC）的纳米纤维与纳米TiO2颗粒进行溶液混合制备具有多孔、极性和良好热稳定性的BC/TiO2锂离子电池隔膜,并对其孔结构、亲液性、热稳定性、电化学稳定性、离子电导率和电池性能循环稳定性等性能进行研究. 结果表明,BC/TiO2复合膜具有三维多孔结构、良好吸液性和高温尺寸稳定性.相对于商品化隔膜（Celgard?2325）,BC/TiO2隔膜具有更高的离子电导率,并且随着纳米TiO2含量的增加,离子电导率先升高后降低,当纳米TiO2质量分数为20.81 %时,BC/TiO2复合膜具有最大的室温离子电导率（1.7010-3 S/cm）. BC/TiO2复合膜作为锂离子电池隔膜时,电池具有较好的循环稳定性和倍率性能. 该研究对制备优异热稳定性和离子电导率的锂离子电池隔膜具有指导意义.     

碳纳米管掺杂及其应用技术研究进展

作为一维纳米材料,碳纳米管(CNT)在电极材料、催化、吸附等诸多领域得到了广泛应用。为了改善CNT的电学、电化学、电催化等性能,可通过掺杂其他元素或化合物对其进行改性。本文综述了近年来CNT掺杂技术及其在燃料电池、锂离子电池、电容器和传感器中的研究进展。掺杂后的CNT常被用作燃料电池电极的催化剂或催化载体,增强了电极的电导率和稳定性;掺杂CNT结合锂盐制备的锂离子电池电极材料,可提高电极和电解质的导电性,最终改善锂离子电池的电化学性能;作为电容器的电极材料,掺杂CNT可提高离子和电子的传输效率,从而提高电容器的能量密度和功率密度;由掺杂CNT制备的复合薄膜作为传感材料,可使其表面活性位点增多,从而增强传感器对目标分析物的响应速度,改善传感器的灵敏度。     

一种新型聚氧化乙烯基凝胶型聚合物电解质的制备及其性能

通过紫外固化的方法合成了一种新型的聚氧化乙烯(PEO)基凝胶型聚合物膜,该聚合物膜具有适当的交联密度、良好的空间结构稳定性以及吸附液体电解液的性能.利用所合成的凝胶型聚合物膜制备了凝胶型聚合物电解质.研究表明,该聚合物电解质膜具有较高的离子电导率,其室温离子电导率最高可达1 mS/cm左右;较宽的电化学稳定窗口和较好的热稳定性能,可达到锂离子二次电池的使用要求.