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《新材料有助制成安全大容量全固态电池》

  • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者： 冯瑞华
  • 发布时间：2020-07-23

  • 日本名古屋工业大学研究生院工学研究科的谷端直人助教等人组成的研究小组，采用高成型性氯化物固体电解质材料制作了高能量密度锂金属电极，并实现了稳定的充放电循环。

    研究团队成功地在惰性气体和常温常压环境下合成了以前需要在有毒气体和高温下处理的氯化物材料。另外，仅利用压缩粉末这种简单且环境负荷低的工艺，就抑制了锂金属负极存在的短路问题。

    提高全固态电池能量密度的关键在于固体中传导锂离子的固体电解质。此次研究开发的氯化物材料还具有较高的抗氧化性，研究小组计划今后通过采用高电位材料作为锂金属电极对应的正极，实现新的高能量密度全固态电池。

  • 原文来源：http://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2020-07/23/content_449166.htm?div=-1;
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相关报告

  • 《瑞士研发全固态钠电池 新材料避免起火风险》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：姜山
    • 发布时间：2017-11-28
    • 盖世汽车讯 据外媒报道，瑞士联邦材料测试与开发研究所（Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology，EMPA）与瑞士日内瓦大学（University of Geneva，UNIGE）的研究人员设计了新款全固态（all-solid-state）电池样品，该款电池能够存储更多的电能，同时确保电池的安全性及可靠性。此外，该款电池采用钠材料，作为锂的廉价替代品。 电池的正常工作与以下三个部件密切相关：阳极（负极）、阴极（正极）及电解质（electrolyte）。 当今电子设备所采用的电池均为锂离子电池。当电池放电时，锂离子将从阴极流向阳极。 尽管锂金属分量极轻，可提升电池的储能，但为防止形成锂树突（锂枝晶，lithium dendrites），从而导致电池短路乃至造成电池起火，商用电池阳极通常采用石墨而非锂金属。 为此，研究人员将重心放到了“固态”电池的优点上，旨在应对新兴市场高企的需求并进一步提升电池的性能：提升充电速度、储能并提高电池的安全性。新款电池采用了固态电解质，为防止树突的形成，采用了金属阳极，在提升储能的同时确保了电池的安全性。 不易燃的固态钠电池（solid sodium battery） 轻量化，黑科技，前瞻技术，全固态钠电池,固态电池亚铬酸钠,瑞士全固态电池研发 日内瓦大学理学院（UNIGE’s Faculty of Sciences）物理化学专业的Hans Hagemann教授解释道：“但目前还务必要找到一款适合的固态离子导体，且确保该材质无毒、化学及热能性质稳定，使钠离子能够自由地在电池的两极之间移动。” 研究人员研发了一款硼基物质——Na2(B12H12)0.5(B10H10)0.5，这是一种闭合型的硼，使钠离子能够自由流动。此外，由于该物质是无机导体，避免了充电起火的风险。换言之，该材料的特性颇具前景。 EMPA能量转换材料实验室（Materials for Energy Conversion Laboratory）研究员兼UNIGE理学院博士生Léo Duchêne表示：“难点在于要建立电池三大层级（固态钠金属构成的阳极、亚铬酸钠（NaCrO2）构成的阴极、闭合型硼构成的电解质）间的紧密联系。” 研究人员将部分电解质溶解于溶剂中，然后加入了亚铬酸钠（NaCrO2）粉末。当溶剂蒸发后，将阴极、电解质及阳极堆叠后，将各层压紧后形成该款固态钠电池。 两家研究机构的人员随后对该款电池进行了测试。EMPA研究人员兼该项目负责人Arndt Remhof表示：“团队所采用的电解质的电化学性能稳定，可耐受3V电压，这是鉴于在同等电压下，许多早前测试的固态电池会损坏。”该研究项目由瑞士国家科学基金会（Swiss National Science Foundation，SNSF）及瑞士热电储能能源研究中心（Swiss Competence Centre for Energy Research on Heat and Electricity Storage，SCCER-HaE）。 研究人员补充道：“目前已进行了250多次的电池充放电试验，目前的电池容量为早前的85%，且电池功能正常。但如果要投放市场的话，还需要再进行1200次充放电试验。此外，我们还需要在室温下测试该款电池，从而确认是否有树突生成，并调高电压进行测试。目前，各项试验均在进行中。”（本文图片选自日内瓦大学官网及greencarcongress.com）
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  • 《宁波材料所设计制备一种新型硫正极结构的全固态锂硫电池》
    • 来源专题：中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者：姜山
    • 发布时间：2017-06-20
    • 来源：中国科学院宁波材料所 锂硫电池被认为是最有发展潜力的下一代高能量密度储能器件之一，其正极材料单质硫的理论比容量和比能量可高达1675 mAh/g和2567 Wh/kg，是目前商用锂过渡金属氧化物正极的五倍。然而，传统锂硫电池的安全性与循环性能差是其面临的主要挑战，严重影响了商业化进程。采用无机固体电解质取代传统有机电解液的全固态锂硫电池，能够有效抑制多硫化物的产生，从而消除其穿梭效应，并能大幅提高其安全性，是未来锂硫电池发展的重要方向。 　　尽管全固态锂硫可以解决目前传统锂硫电池面临的问题，然而其带来了新的挑战，如固-固界面问题以及应力/应变等效应导致的电池容量衰减等问题，是影响全固态锂硫电池循环寿命的关键。近日，中国科学院宁波材料与工程研究所固态锂电池团队姚霞银研究员领导的小组与美国马里兰大学合作，设计了一种新型硫正极结构的全固态锂硫电池，通过在还原氧化石墨烯上沉积超薄（~2nm）非晶态纳米硫层保持复合材料的高的电子传导率，进而将还原氧化石墨烯/硫复合材料均匀分散在超锂离子导体Li10GeP2S12基复合材料中，从而实现高离子电导率和低的应力/应变。以上述还原氧化石墨烯/硫复合材料-Li10GeP2S12-乙炔黑混合物作为正极层，Li10GeP2S12/改性Li3PS4双层电解质作为固态电解质层，金属锂为负极组装全固态锂硫电池，其充放电曲线与传统锂硫电池截然不同，只有一对充放电平台，显著抑制了多硫化物的产生。 　　60°C条件下，0.05C首次放电容量为1629 mAh/g，首次库伦效率达到90%；同时显示出优异的倍率性能，在0.1 C，1.0 C和2.0 C不同倍率进行充放电，发挥出1384.5，903.2和502.6 mAh/g的可逆容量；1.0 C大倍率长循环充放电下，循环750圈后仍可以保持830 mAh/g的可逆容量，电池单次循环容量衰减率仅为0.015%，表现出比传统锂硫电池显著提升的循环性能。 　　相关工作发表于Advanced Energy Materials，2017，doi: 10.1002/aenm. 201602923。 　　图1 全固态锂硫电池结构示意图及电池性能 　　　　上述研究工作得到了中国科学院纳米先导专项（XDA09010201）、国家自然科学基金（51502317）、中国科学院青年促进会（2017342）等项目的支持。
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