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《【Nature Energy】对全固态锂电池性能的可重复性进行基准测试》

  • 来源专题：新能源汽车
  • 编译者： 王晓丽
  • 发布时间：2024-09-25

  • 迄今为止，固态电池的研究还没有统一的标准，而固态电池也将长期用于电动汽车——尽管全球在这一领域投入了数十亿美元。拜罗伊特大学的研究人员已经确定了这一现象的原因，并将其发表在杂志上。

    与传统的锂离子电池相比，固态电池或全固态电池（ASSB）有望显著提高能量密度。 因此，它们被认为是未来电动汽车的储能系统。 然而，在电池研究中，固态电池电池的验证还没有标准化的协议。 当结果公布时，人们往往不清楚这些结果是否与其他研究小组的结果具有可比性。 因此，必须建立电池测试的可重复性和可比性起点，以便能够可靠地评估该技术的创新。"我们每周至少会听到一次电池性能的新突破，这将彻底改变电动汽车或整个能源存储。 拜罗伊特大学巴伐利亚电池技术中心（BayBatt）电化学系主任 Nella M. Vargas-Barbosa 教授博士报告说："在许多情况下，这是因为它们无法在原始实验室之外进行复制。 

    在这项研究中，研究人员测量了简单测试电池特性的实际差异：21 个在固态电池领域拥有研究和行业公认专业知识的研究小组获得了相同的电池材料和预定义的电化学测试程序，但每个小组都使用自己的电池组装方法和单独的非标准化测量技术。

    原文链接：: Sebastian Puls et al, Benchmarking the reproducibility of all-solid-state battery cell performance, Nature Energy (2024). DOI: 10.1038/s41560-024-01634-3. www.nature.com/articles/s41560-024-01634-3

  • 原文来源：https://techxplore.com/news/2024-09-benchmarking-solid-state-lithium-battery.html
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相关报告

  • 《中国科大开发成本性能的全固态锂电池电解质》
    • 来源专题：先进材料
    • 编译者：李丹
    • 发布时间：2023-07-07
    • 中国科学技术大学教授马骋开发了一种新型固态电解质，它的综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相近，但成本不到后者的4%，适合进行产业化应用。6月27日，该成果发表在国际著名学术期刊《自然-通讯》上。 全固态锂电池可以克服目前商业化锂离子电池在安全性上的严重缺陷，同时进一步提升能量密度，对新能源车和储能产业是一项颠覆性技术。但是，由于全固态锂电池的核心材料——固态电解质难以兼顾性能和成本，产业化仍面临巨大阻碍。 为了满足实际应用的需求，全固态锂电池的固态电解质至少需要同时具备三个条件：高离子电导率（室温下超过1毫西门子每厘米），良好的可变形性（250至350兆帕下实现90%以上致密），以及足够低廉的成本（低于50美元每公斤）。但是，目前被广泛研究的氧化物、硫化物、氯化物固态电解质都无法同时满足这些条件。 此次研究中，马骋不再聚焦于上述氧化物、硫化物、氯化物中的任何一种，而是转向氧氯化物，设计并合成了一种新型固态电解质——氧氯化锆锂。这种材料具有很强的成本优势。如果以水合氢氧化锂、氯化锂、氯化锆进行合成，它的原材料成本仅为11.6美元每公斤，很好地满足了上述50美元每公斤的要求。而如果以水合氧氯化锆、氯化锂、氯化锆进行合成，氧氯化锆锂的成本可以进一步降低到约7美元每公斤，远低于目前最具成本优势的固态电解质氯化锆锂（10.78美元每公斤），并且不到硫化物和稀土基、铟基氯化物固态电解质的4%。 在具备极强成本优势的同时，氧氯化锆锂的综合性能与目前最先进的硫化物、氯化物固态电解质相当。它的室温离子电导率高达2.42毫西门子每厘米，超过了应用所需要的1毫西门子每厘米，并且在目前报道的各类固态电解质中位居前列。与此同时，它良好的可变形性使材料在300兆帕压力下能达到94.2%致密，可以很好的满足应用需求，也优于以易变形性著称的硫化物、氯化物固态电解质（同等压力下不足90%致密）。 实验证明，由氧氯化锆锂和高镍三元正极组成的全固态锂电池展示了极为优异的性能：在12分钟快速充电的条件下，该电池仍然成功地在室温稳定循环2000圈以上。 研究人员介绍，氧氯化锆锂能以目前最低的成本实现和当下最先进的硫化物、氯化物固态电解质相近的性能，对全固态锂电池的产业化具有重大意义。 审稿人认为这一发现“很有新意和原创性”，并且认为氧氯化锆锂材料“很有前景”“有益于固态电池技术的商业化”。（来源：中国科学报 王敏） 相关论文信息： https://doi.org/10.1038/s41467-023-39522-1
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  • 《【Journal of Energy Storage】准固态电池集电动汽车和设备的安全性和高效性于一体》
    • 来源专题：新能源汽车
    • 编译者：王晓丽
    • 发布时间：2025-01-14
    • 日本同志社大学的研究人员开发了一种新型的准固态锂离子电池（LIB），该电池具有不可燃的固体和液体电解质。与传统的锂离子电池相比，该电池具有更高的离子电导率、更好的循环性能和更好的安全性。 技术进步促使电动设备和电动汽车得到广泛应用。 这些创新不仅方便，而且环保，为污染环境的燃料驱动机器提供了替代品。 锂离子电池（LIB）广泛应用于电器和汽车。 商用锂离子电池由有机电解质溶液组成，这被认为是使其高效节能所不可或缺的。 然而，随着市场需求的不断增长，确保安全成为一个令人担忧的问题，而且可能难以实现。 虽然固态电池有助于缓解安全问题，但固态电极与电解液之间的界面不利于锂离子的最佳传输。 此外，固体电极的膨胀和收缩会破坏连接界面，阻碍离子传输。 因此，有必要开发具有稳定接合界面的高效固态电池，以提高其安全性、实用性和性能。 为了克服这些挑战，日本的一个研究小组开发出了一种不易燃的准固态 LIB，它可以克服传统电池的局限性。 这项研究由日本同志社大学和 TDK 公司的 Ryosuke Kido、同志社大学的 Minoru Inaba 教授和 Takayuki Doi 教授以及 TDK 公司的 Atsushi Sano 领导，他们的研究成果发表在 Journal of Energy Storage上。 在进一步介绍他们的工作时，论文的主要作者 Kido 先生说："提高正负极活性材料的容量以实现更高的能量密度，会降低循环性能和安全性。 我们开发的阻燃准固态电池结合了液态电解质和固态电解质，为具有高能量密度的全固态电池提供了更安全、更耐用的替代品。"新电池设计包括硅（Si）负极和镍钴锰酸锂（LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2，NCM811）正极，它们被认为是锂离子电池的下一代材料。 这些电极由小原公司生产的固态锂离子导电玻璃陶瓷片（LICGC）隔开。 为了提高兼容性和性能，研究人员为每个电极量身定制了不易燃、接近饱和的电解质溶液。 这些溶液使用磷酸三（2,2,2-三氟乙基）酯和 2,2,2-三氟乙基碳酸甲酯，它们与电极和固体电解质界面兼容。 研究人员利用电化学阻抗谱、充放电测试和加速速率量热法（ARC）对准固态 LIB 的热稳定性和电化学性能进行了评估。 值得注意的是，该电池具有充放电容量高、循环性能好和内阻变化小的特点。 此外，ARC 测试表明，Si-LICGC-NCM811 结构与相应的电解质溶液具有更好的热稳定性，即使在 150°C 左右的高温范围内，与副反应相关的发热量也非常低。 总之，新开发的 LIB 有潜力促进高效、更安全的下一代电动汽车和无人机等无绳电器的开发。 它的广泛应用不仅能为用户带来更多便利，还能促进经济的可持续增长。 Kido 先生最后谈到了他们工作的长远意义，他说："随着全球朝着碳中和的方向发展，电动汽车近年来备受关注。 我们研究的准固态电池有可能改善液态锂电池的寿命，提高能量密度，同时保持全固态电池的安全性。"这项研究标志着向开发兼顾安全性、效率和环境可持续性的下一代储能解决方案迈出了一步。 原文链接: Ryosuke Kido et al, Highly safe quasi-solid-state lithium ion batteries with two kinds of nearly saturated and non-flammable electrolyte solutions, Journal of Energy Storage (2024). DOI: 10.1016/j.est.2024.114115
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