蓬勃发展的电动汽车 (EV) 行业对具有更高能量密度和更高安全性的二次电池的需求日益增加 [1,2]。在传统锂离子电池 (LIB) 中,石墨由于其低还原电位、优异的可逆性和高电子/离子电导率而长期被视为一种良好的负极材料 [3-5]。然而,延长电动汽车每次充电的行驶距离需要将能量密度提高到超出商用 LIB 的范围。沿着这个方向,新型负极材料和结构的开发引起了业界的广泛关注 [6-9]。特别是从电池配置的角度来看,无负极结构被认为是最合适的能量密度结构,因为不需要活性材料可以最大程度地减小电极体积。请注意,人们已经通过修改集流体或设计电解质在 LIB 中研究了无负极系统 [10-13]。在安全性方面,与传统内燃机相比,电动汽车电池组中电池串联密集排列所带来的火灾隐患更难解决。点火后,电动汽车电池组容易起火,并迅速蔓延到周围的电池组和其他配件 [14],因为相邻电池组中的电池很容易满足点火的三个条件:氧气、热量和燃料。由于将氧气和热量从电池系统中排除几乎是不可行的,因此人们的注意力自然而然地集中在商用 LIB 中的易燃电池组件上,即碳酸盐基液体电解质。这就提出了一个问题 [15]:能否在不牺牲关键电化学性能的情况下将这些电解质替换为不易燃的电解质?对解决这一问题的需求不断增长,导致了全固态电池 (ASSB) 的出现
摘要 石榴石型固态电解质 (SSE) 因其高离子电导率、宽电化学窗口和显著的 (电) 化学稳定性而成为全固态锂 (Li) 电池的首选。然而,正极/石榴石界面差和正极负载普遍较低等棘手问题阻碍了它们的实际应用。在此,我们展示了通过放电等离子烧结构建增强正极/石榴石界面的方法,通过将 Li 6.5 La 3 Zr 1.5 Ta 0.5 O 12 (LLZTO) 电解质粉末和 LiCoO 2 /LLZTO 复合正极粉末直接共烧结成致密的双层,并以 5 wt% 的 Li 3 BO 3 作为烧结添加剂。具有 LiCoO 2 /LLZTO 交联结构的块状复合正极牢固地焊接到 LLZTO 层上,从而优化了锂离子和电子的传输。因此,一步集成烧结工艺实现了 3.9 Ω cm 2 (100 ◦ C) 的超低正极/石榴石界面电阻和高达 2.02 mAh cm −2 的高正极负载。此外,Li 3 BO 3 增强的 LiCoO 2 /LLZTO 界面还能有效减轻 LiCoO 2 的应变/应力,从而有助于实现卓越的循环稳定性。面积容量为 0.73 mAh cm −2 的块体型 Li|LLZTO|LiCoO 2 -LLZTO 全电池在 100 µ A cm −2 下经过 50 次循环后的容量保持率为 81.7%。此外,我们发现不均匀的锂沉积/剥离会导致间隙的形成,最终导致长期循环过程中锂和 LLZTO 电解质的分离,这成为大容量全电池中的主要容量衰减机制。这项工作深入了解了 Li/SSE 界面的退化,并提出了从根本上改善石榴石基全固态锂电池电化学性能的策略。
电池模块包含三种类型的沉积室。PLD 室使我们能够生长外延阴极和固态电解质,这些电解质可以以择优晶体取向生长,以研究和优化其性能。配备转盘,我们能够依次沉积多达 6 种靶材。PLD 室具有双光束设置,使我们能够同时沉积两个靶材。溅射室可用于沉积金属或氧化物薄膜,特别是含氮电解质(如 LiPON)或阴极涂层,以帮助控制金属从阴极溶解到电解质中。直接连接热蒸发器,无需破坏真空即可依次沉积金属(如锂阳极)。
作为全固态电池的核心,固态电解质由于其相对于传统液态电解质的优势而受到充分重视。1–3 各类固态电解质中,聚合物电解质 4–7 由于其优异的机械性能和分子改性而成为研究的重点。8 但其室温离子电导率较差,严重限制了固态锂电池(SSLB)的使用。目前,已采用多种方法来提高固态聚合物电解质的离子电导率,如引入活性填料和惰性填料 9。锂盐,例如 LiTFSI、g-LiAlO 2、10、11 和 LiN 3、12,通常用作活性填料,因为它们可以直接为聚合物体系提供 Li+。惰性填料如 TiO2(参考文献 13)、ZrO2 14 和 Al2O3(参考文献 15,16)可以通过降低聚合物结晶度或将聚合物链与 Li+偶联来提高体系的离子电导率。16,17
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收稿日期: 2019-06-24; 收到修改稿日期: 2019-11-18 基金项目: 国家自然科学基金 (51572284, 51972328, 51903244); 中国科学院青促会人才支持计划 (2018288); 高性能陶瓷和 超微结构国家重点实验室青年基金 (SKL201703); 上海市浦江人才项目 (18PJD051); 安徽省重点研发计划 (1804a09020061) National Natural Science Foundation of China (51572284, 51972328, 51903244); Youth Innovation Promotion Asso- ciation, Chinese Academy of Sciences (2018288); Science Foundation for Youth Scholar of State Key Laboratory of High Performance Ceramics and Superfine Microstructures (SKL201703); Shanghai Pujiang Program (18PJD051); Key Research and Development Plan of Anhui Province (1804a09020061) 作者简介: 贾汉祥 (1993–), 男 , 博士研究生 . E-mail: jiahanxiang@student.sic.ac.cn JIA Hanxiang(1993–), male, PhD candidate. E-mail: jiahanxiang@student.sic.ac.cn 通讯作者: 曹 逊 , 研究员 . E-mail: cxun@mail.sic.ac.cn CAO Xun, professor. E-mail: cxun@mail.sic.ac.cn
基于氧化物固体电解质的全固态电池 (ASSB) 是未来高能量密度、更安全的电池的有希望的候选者。为了估算氧化物基 ASSB 的未来制造成本,对固体氧化物燃料电池 (SOFC) 和多层陶瓷电容器 (MLCC) 生产技术进行了系统的识别和评估。基于需求分析,评估了这些技术在 ASSB 生产中的适用性。使用蒙特卡罗模拟对最有前途的技术进行技术准备情况比较。对氧化物基 ASSB 生产场景的全面概述和系统分析揭示了成熟的湿涂层技术(例如流延和丝网印刷)的显著优势。然而,气溶胶沉积法等新兴技术可能会使高温烧结步骤无效。通过与 SOFC 生产进行比较并采用传统电池生产的学习率,对石榴石基 ASSB 的制造成本进行了估算,表明如果石榴石固体电解质的材料成本可以降低到 60 美元/千克以下,那么电池级(包括外壳)的价格可以低于 150 美元/千瓦时。基于这些发现,可以得出从实验室研究到工业规模的扩大方案,为大规模生产高能量密度的更安全电池铺平道路。
asurre-stor,trrust-stor,trrust-purge,Armor是重要的商标和创新,而汞系统是Mercury Systems,Inc。的商标。Mercury Systems,Inc。认为此信息在其出版日期起准确,并且对任何无意错误概不负责。本文包含的信息如有更改,恕不另行通知。
与小型SAT兼容的系统为4千克质量,10U体积和15W以下的功率。这将通过在Terahertz频率上工作的基于Schottky的杂尼光谱仪来解决这一问题,并在室温下以较大的瞬时带宽和高光谱分辨率进行操作。在保持最先进的性能的同时,满足所有条件的两个主要关键系统参数包括:1)混合器的配置,其外在层定义,匹配的传输线和外壳,2)本地振荡器子系统部分及其校准。表I为当前的设计工作提供了上下文。最佳记录的系统[2]和[3]使用基本平衡的混合器,分别在2 THz处使用5 MW和10-12 MW的局部振荡器功率,可舒适地由二氧化碳泵送的甲醇气体激光器提供。基本混合器的选择是合理的,因为它们在理论上可以比次谐波混合器达到更好的噪声性能[4]。但是,亚谐波拓扑通过将其工作频率降低了两个,从而放松了局部振荡器(LO)源。此配置还避免了使用宽敞的二氧化碳激光器的要求,该激光器远非满足质量/音量/功率标准,并且无法通过Schottky Local振荡器源可以轻松实现光谱可调性[5] [6]。提议的接收器利用了混合器的平面Schottky二极管,并乘以LO。