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《北京大学新型全固态锂硫电池问世》

  • 来源专题：可再生能源
  • 编译者： 武春亮
  • 发布时间：2025-01-21

  • 据了解，近日，北京大学材料科学与工程学院庞全全团队开发了一种新型玻璃相硫化物固态电解质材料，并采用该材料研制出具有优异快充性能和超长循环寿命的全固态锂硫电池。该研究为发展高比能、高安全、低成本的下一代动力电池提供了一套新的技术方案。

    16日，相关研究成果在国际学术期刊《自然》上发表。庞全全表示，该研究所发现的新材料与新机制，对于拓展全固态电池的性能边界具有重要意义，也为全固态锂硫电池技术带来新发展契机。该成果将在下一代汽车动力电池、低空飞行动力、高端电子电池等多个领域产生深远影响。


  • 原文来源：https://news.bjx.com.cn/html/20250120/1423598.shtml
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  • 《北京大学深圳研究生院在全固态锂电池及关键材料研究中取得重要进展》
    • 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：2017-12-05
    • 电动车和手机的下一代锂电池将会选择能量密度更高、安全性更好的全固态锂离子电池。国家为了加速新材料和全固态锂离子电池研发，“十三五”期间首次设立“材料基因组技术”国家重点研发计划，并希望通过材料基因组的高通量计算、合成、检测及数据库（大数据的机器学习和智能分析）的新理念和新技术加速全固态锂离子电池的研发，设立“基于材料基因组技术的全固态电池研发”国家重点专项，该重点专项由北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授作为首席科学家牵头组织11家单位共同承担。该项目研发的重要部分包括高性能全固态锂电池及关键材料（例如：新型固态电解质等）和机理（例如：固态电池材料各界面调控等）的研发。传统无机陶瓷类电解质具有界面阻抗大、与电极材料匹配性差等缺点，目前难以在固态电池领域得到大规模应用，因此开发具有较小界面阻抗的新型固态电解质对固态电池能量密度以及电化学性能的提升均具有十分重要的意义。 新型固态电解质降低界面阻抗机理以及固态电池示意图 潘锋教授课题组最近在新型固态电解质以及高能量密度固态电池方面的研究取得重要进展，将含锂的离子液体（[EMI0.8Li0.2][TFSI]）作为客体分子装载进多孔的金属-有机框架材料（MOF）纳米颗粒载体中，制备了新型复合固态电解质材料。其中，含锂的离子液体负责锂离子传导，而多孔的金属-有机框架材料则提供了固态载体以及离子传输通道，避免了传统液态锂离子电池漏液的风险，同时对锂枝晶具有一定的抑制作用，使得金属锂可以直接用作固态电池负极。新型的固态电解质材料不仅具有较高的体相离子电导率（0.3mS?cm-1），另外由于其独特的微观界面润湿效应（nano-wetted effect）使得其界面锂离子传输性能极佳，与电极材料颗粒间具有良好的匹配性。由于以上特点，该新型固态电解质与磷酸铁锂正极和锂金属负极组装的固态电池可以达到极高的电极材料负载量（25mg?cm-2），并且在-20-100℃的温度区间内表现出良好的电化学性能。 固态电池长循环稳定性以及在不同温度下的循环容量 该研究成果近期发表在国际材料领域顶级期刊Advanced Materials（Adv. Mat.，2017，1704436，DOI：10.1002/adma.201704436，影响因子为19.8）上，该项工作由潘锋教授指导团队合作完成。博士后王子奇为第一作者。该项工作得到国家材料基因重点专项和广东省创新团队的支持。
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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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